Использование компьютерного моделирования для контроля и прогнозирования свойств материалов и изделий в пожарной аварийно-спасательной технике

5. Королев Д.С., Усачев Д.К. Вопросы сопряжения экспериментальных данных с программными продуктами // Тезисы докл. III Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. «Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций». Воронеж, 2014 . - С. 220.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ В ПОЖАРНОЙ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

С.Г. Коротевич, адъюнкт, м.т.н., В.А. Ковтун, профессор, д.т.н., Гомельский инженерный институт Республики Беларусь,

г. Гомель

Современные достижения науки и техники, возрастающая функциональность современных изделий требуют выполнения проектных работ большого объема. Требования к качеству проектов, срокам их выполнения оказываются все более жесткими в условиях конкурентной борьбы за потребителя, в том числе и для производства аварийно-спасательной техники [1].

Одним из способов решения проблемы высоких издержек является применение специализированного программного обеспечения для моделирования всей цепочки производства и эксплуатации изделий, позволяя уйти от физических прототипов и испытаний в процессе разработки проекта. В ходе расчета, основанном на современном достижении физики, математики, вычислительной техники и теории проектирования, прогнозируются все основные дефекты, что дает специалистам возможность оценивать изменение заготовки в процессе производства [2]. Кроме того, численное моделирование позволяет исследовать различные технологии производства композитных конструкций и, если возникает необходимость, оперативно редактировать параметры. При этом подходе значительно сокращается время разработки проекта и количество прототипов, что позволяет оценивать данную методику как наиболее экономичную.

Одной из ведущих мировых компаний разработчиков таких программ является система ANSYS, которая используется на таких известных предприятиях, как BMW, Boeing, Caterpillar, Daimler-Chrysler, FIAT, Ford, General Electric, Lockheed Martin, Mitsubishi, Shell, Volkswagen-Audi и др., а также применяется на многих ведущих предприятиях промышленности Российской Федерации [1].

Комплектации программы подразделяются согласно аналитическим возможностям на следующие основные, или базовые:

- ANSYS/Multiphysics - программа для широкого круга инженерных дисциплин, которая позволяет проводить расчеты в области прочности,

распространения тепла, механики жидкостей и газов, электромагнетизма, а также решать связанные задачи;

- ANSYS/Mechanical - программа для выполнения проектных разработок, анализа и оптимизации: решение сложных задач прочности конструкций, теплопередачи и акустики. Эта программа позволяет определять перемещения, напряжения, усилия, температуры, давления и другие параметры, важные для оценки механического поведения материалов и прочности конструкции. Данная программа является подмножеством ANSYS/Multiphysics;

- ANSYS/Structural - выполняет сложный прочностной анализ конструкций с учетом разнообразных нелинейностей, среди которых геометрическая и физическая нелинейности, нелинейное поведение конечных элементов и потеря устойчивости. Используется для точного моделирования поведения больших и сложных расчетных моделей. Данная программа является подмножеством ANSYS/Mechanical;

- ANSYS/Thermal - это отдельная программа, выделенная из пакета ANSYS/Mechanical, для решения тепловых стационарных и нестационарных задач.

Решение задач с помощью программы ANSYS состоит из трех этапов: препроцессорная подготовка (Preprocessing), получение решения (Solving the equation) и постпроцессорная обработка результатов (Postprocessing) [2].

Метод конечных элементов (МКЭ) является мощным, надежным и современным средством исследования поведения конструкций в условиях разнообразных воздействий [3]. Программа ANSYS, использующая МКЭ, широко известна и пользуется популярностью среди инженеров, занимающихся решением вопросов прочности. Средства МКЭ ANSYS позволяют проводить расчеты статического и динамического напряженно-деформированного состояния конструкций, в том числе геометрически и физически нелинейных задач механики деформируемого твердого тела. Это позволяет решить широкий круг инженерных задач [4].

Первичными переменными, которые вычисляются в ходе конструкционного анализа в ANSYS, являются узловые перемещения. В дальнейшем, исходя из вычисленных перемещений в узлах сетки, определяются другие важные параметры: перемещение конструкции, напряжения, деформация, реакции и прочее.

Решение ANSYS для моделирования различных конструкций, в том числе из композиционных материалов, дает возможность моделировать сложные композитные конструкции, позволяя разработчику понять и оценить потенциальные механизмы разрушения, включая развитие повреждений, расслоение и образование трещин [6].

ANSYS предоставляет широкий выбор нагрузок и граничных условий, что позволяет с высокой степенью точности прогнозировать работу изделия в реальных условиях эксплуатации. Данный подход немаловажен для контроля и прогнозирования свойств изделий, узлов и механизмов аварийно-спасательной техники. Полный набор инструментов для обработки и просмотра результатов

обеспечивает глубокий и основательный анализ инженерной конструкции (рис. 1, 2).

Рис. 1. Проектирование детали

Рис. 2. Генерация сетки и проведение расчётов детали в программном комплексе АКБУБ

Возможности постпроцессинга ANSYS позволяют детально изучить поведение изделия при нагрузке. При этом пользователь может просматривать результаты, как в общем, для всей конструкции, так и для отдельных составных компонентов [5].

В данном тезисе представлены возможности использования инженерного программного комплекса ANSYS при проектирования деталей машин. Учебно-методическая новизна и практическая ценность полученных результатов заключается в наглядности, автоматизации и сокращении сроков выполнения проверочных расчетов [7]. Крупнейшие в мире производители электроники, техники, различного оборудования используют в своём производстве данные, полученные путём моделирования, в данном программном комплексе, что

320

говорит о точности получаемых результатов и разнообразии возможностей для пользователя. В настоящее время очень важно получать бездефектные изделия, удовлетворяющие самым жестким требованиям. Программные продукты дают возможность разработчику реализовать данную задачу и при этом максимально сократить количество дорогостоящих опытных образцов. Важным аспектом представляется применение подходов компьютерного моделирования для прогнозирования свойств и эксплуатационных параметров деталей и узлов аварийно-спасательной техники.

Список использованной литературы

1. Вычислительный практикум в современных CAE-системах/ Елисеев К.В., Зиновьева Т.В.// Компьютерное моделирование. 2008. - СПб ГПУ - С. 3654.

2. Каплун А.Б. ANSYS в руках инженера: Практ. руководство/ А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева. - М.: Едиториал УРСС, 2010. - 272 с.

3. Баженов В.А. Численные методы в механике / В.А. Баженов, А.Ф. Дащенко, В.Ф. Оробей, Н.Г. Сурьянинов. - М.: Мир, 2004. - 564 с.

4. Котов В.А. Современные технологии производства композитных изделий от ESI Group / Е.Г. Перещенко // Наука и производство: Информационные технологии - 2012. - № 2. - С. 18-21.

5. Басов К.А. ANSYS: Справочник пользователя / К.А. Басов. - М.: ДМК Пресс, 2005. - 640 с.

6. Ansys [Electronic resource] - Mode of access: http://www.ansysconference.ru/ - Date of access: 01.04.2015.

7. Falkovich S., Lyulin S., Nazarychev V., Larin S., Gurtovenko A., Lukasheva N., Lyulin A. Influence of the electrostatic interactions on the thermophysical properties of polyimides: molecular-dynamics simulations. Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, 2014. - 52(9). - С. 64-66.

АТЕРМИЧЕСКИЕ И ТЕРМОАКТИВАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СТЕКЛОВАНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СТЕКОЛ

А.Т. Косилов, профессор, д.ф.-м.н., профессор, Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж

С.Ю. Вахмин, старший преподаватель, к.ф.-м.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

Металлические стекла относятся к материалам, организация атомной структуры в которых остается до сих пор до конца нераскрытой. В соответствие с одной из наиболее ранних моделей, рассматривая стеклование, как процесс замораживания жидкой фазы, все атомы без дополнительной взаимной перестройки должны оказаться в положениях минимумов потенциального