Розробки відділу нелінійної механіки та математичного моделювання №11

ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ДИНАМІКИ РОТОРІВ

НА ПІДШИПНИКАХ КОВЗАННЯ

1. Побудова адекватних аналітичних і скінченно-елементних розрахункових моделей динаміки роторів у різних пружно-демпферних підшипниках (підшипниках кочення, підшипниках ковзання, пасивних магнітних підшипниках, активних магнітних підшипниках з урахуванням алгоритмів управління)

Скінченно-елементні моделі динаміки масляного шару підшипників ковзання і його взаємодія з цапфами роторів. Моделі коливань роторів в підшипниках ковзання. Розроблено програмне забезпечення для дослідження автоколивань роторів, взаємодіючих з масляним шаром підшипників ковзання.

ДОСЛІДЖЕННЯ КРУТИЛЬНИХ КОЛИВАНЬ СИЛОВИХ ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНИХ ДВИГУНІВ

1. Побудова розрахункових схем і математичних моделей крутильних коливань і міцності трансмісій цивільних і військових транспортних засобів.

Розробка способів гасіння крутильних коливань.
Розробляються способи пасивного гасіння крутильних коливань, які включають установку демпферів, маятникових антивібраторів і пропозиції щодо переконструювання системи.

ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ДИНАМІКИ І МІЦНОСТІ РАКЕТНИХ КОНСТРУКЦІЙ

Розрахунок і зниження рівня поздовжніх коливань ракетоносіїв.

Розроблено математичні моделі коливань робочих рідин в живильних магістралях ракетоносіїв. Для зниження рівня таких коливань пропонується використовувати газорідинний демпфер. Розроблено методику розрахунку таких демпферів.

2. Дослідження динаміки і міцності тонкостінних елементів ракетоносіїв.
2.1. Побудовано математичні моделі та програмне забезпечення розрахунків динаміки обтічників ракетоносіїв з посиленнями в газовому потоці. Досліджуються області динамічної нестійкості. Розроблено методи оптимізації конструкцій обтічників.

2.2. Розроблено методи та програмне забезпечення розрахунків динамічної міцності композитних корпусів твердопаливних двигунів.

Ескіз суцільного корпусу двигуна

Переміщення серединної поверхні, що належать одній напрямної

2.3. Чисельне моделювання роботи і транспортування бойового спорядження ракет.
Розглянуто чисельне моделювання динамічного руйнування ракетної боєголовки. Конструкція базової частини боєголовки оброблена. Для моделювання руйнування боєголовки використовується скінченно-елементний підхід. Цей підхід розділений на три етапи.

(I). Аналіз статичного напружено-деформованого стану боєголовки, що виник внаслідок її складання.

(II). Розрахунки динамічного напруженого стану конструкції.

(III). Аналіз динамічного руйнування найбільш навантажених агрегатів. Параметри боєголовки підбираються таким чином, щоб в структурі стався перелом зазначеної області.
Метод може бути використаний для чисельного моделювання руйнування складових конструкцій під дією ударних навантажень. Використання запропонованого методу істотно скорочує кількість експериментів.

Ескіз конструкції

1/8 частина конструкції з урахуванням затягування гвинтів

Поле еквівалентних напружень внаслідок складання

Розрив стрічки зі шпилькою

Розрив стрічки зі шпилькою діаметром 0,7 в момент

Розрив стрічки зі шпилькою діаметром 0,7 в момент

АНАЛІЗ АКУСТИЧНИХ НАВАНТАЖЕНЬ НА РАКЕТНІ КОНСТРУКЦІЇ

Розроблено методику розрахунку акустичних навантажень, що діють на ракетоносій в польоті і на стартовому столі. Методика розрахунку використовує емпіричні спектральні щільності пристінкових пульсацій і чисельне моделювання обтікання ракети надзвуковим газовим потоком.

Поле швидкостей газу при швидкості руху ракети

НЕРУЙНІВНИЙ КОНТРОЛЬ МІЦНОСТІ КОСТРУКЦІЙ В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ

При проектуванні деяких сучасних промислових і цивільних будівель необхідно враховувати вплив інтенсивних ударно-хвильових навантажень. Деформація оребрених пластин під детонаційним навантаженням часто супроводжується високою швидкістю деформації (). Розрахунок деформованого стану в просторі і часі в таких умовах є складною задачею. Необхідно враховувати наявність кінцевих деформацій, а також динамічні властивості матеріалів. Деформаційні властивості матеріалів засновані на швидкості деформації, впливі температурних параметрів і пружно-пластичної поведінки матеріалів. Останнім часом розглядається істотний вплив швидкісної деформації і адіабатичного нагрівання на стійкість матеріалів до деформації. Тому розв’язання таких задач проводиться з урахуванням пружно-пластичних і термопластичних моделей.

Схема будівлі Пластина складної форми

Ударно-хвильове навантаження

Поверхня надлишкового тиску

Результати чисельного аналізу напружень зсувупід дією ударно-хвильового навантаження в точці y = 0.82 м

Інтелектуальна система розкрою промислових матеріалів

Призначення

Дозволяє в автоматичному режимі виконувати пошук оптимального розміщення деталей довільної просторової форми з урахуванням технологічних обмежень.

Характеристики

Обчислювальне ядро системи реалізоване у вигляді набору бібліотек DLL, які можуть використовуватися окремо при обробці вихідних даних, побудові математичних моделей, пошуку оптимальних розв’язків. У створених бібліотеках DLL використовуються ефективні методи оптимізації із застосуванням сучасних локальних і глобальних вирішувачів (NLP-solvers).

Переваги

Результати, отримані за допомогою розробленої системи, порівнювались з аналогічними результатами, які представлено на сторінці міжнародної організації ЕSICUP (https://paginas.fe.up.pt/~esicup/). Для переважної більшості задач отримано результати, які є найкращими як за значенням функції цілі, так і за часом розв’язку.

Рівень готовності розробки. Пропозиції для комерціалізації

Система готова для адаптації у конкретну галузь промисловості.

Може бути використана на підприємствах машинобудівної, суднобудівної, літакобудівної, легкої, деревообробної,скляної промисловості та інше.

Приклади отриманих результатів

Розкрій металу

Розкрій тканини

Розкрій шкіри

Програма балансної компоновки тривимірних об’єктів

Призначення

Програма призначена для пошуку оптимального розміщення заданого набору 3D-об’єктів в контейнері з урахуванням обмежень поведінки, які забезпечують баланс розглянутої системи. Програма може бути застосована на початковому етапі проектування (компоновки) космічного апарату з урахуванням обмежень на механічні характеристики системи (центр мас, осьові та відцентрові моменти інерції).

Характеристики

Розв’язується задача балансної компоновки у вигляді оптимізаційної задачі розміщення геометричних об’єктів (куль, прямих кругових циліндрів, торів, сфероциліндрів, прямих прямокутних паралелепіпедів, прямих правильних призм) у заданому контейнері (прямому круговому циліндрі, параболоїді обертання або прямому усіченому круговому конусі) з урахуванням мінімально та максимально допустимих відстаней та обмежень поведінки (обмеження на центр мас, осьові та відцентрові моменти інерції) з урахуванням наявності стелажів в контейнері. В якості функції цілі розглядаються метричні характеристики контейнера, відхилення центра мас системи від заданої точки, моменти інерції системи.

Переваги

Світовий рівень створених засобів математичного моделювання та ефективність запропонованих методів підтверджується найкращими результатами обчислювальних експериментів, порівняно із зарубіжними аналогами.

Рівень готовності розробки. Пропозиції для комерціалізації

Програма готова для адаптації у конкретну галузь промисловості.

Потенційні користувачі – підприємства космічної галузі.

Приклади отриманих результатів

Комплекс програм для пошуку оптимальної упаковки (компоновки) тривимірних об’єктів

Призначення

Може використовуватись у нанотехнологіях при моделюванні, дослідженні та оптимізації структурних властивостей різних матеріалів (у тому числі в порошковій металургії), у технологіях оптимізації адитивного виробництва, в системах автоматизованого проектування різних технічних систем та пристроїв у машинобудуванні, у логістичних системах при плануванні оптимізації перевезення та зберігання вантажів (контейнерів, або промислових виробів у контейнері).

Характеристики

Дозволяє знаходити близькі до оптимальних розв’язки задач розміщення тривимірних геометричних об’єктів довільної просторової форми з урахуванням можливості їх безперервного обертання у контейнері мінімальних розмірів (мінімізація виконується або за об’ємом або за однією з метричних характеристик контейнеру). Крім того при розміщенні об’єктів можуть враховуватися мінімально допустимі відстані між об’єктами та зони заборони.

Переваги

Рівень готовності розробки. Пропозиції для комерціалізації

Система готова для адаптації у конкретну галузь промисловості. Може знайти застосування у якості оптимізаційного ядра у системах, що використовуються при дослідженні матеріалів (нанотехнології, порошкова металургія), адитивному виробництві (3D-друк), системах проектування та логістики.

Приклади отриманих результатів

Комплекс програм для оптимізації покриття двовимірних та тривимірних областей

Призначення

Дозволяє знаходити в автоматичному режимі: оптимальне покриття двовимірних областей колами мінімального радіусу або заданим набором прямокутників; оптимальне покриття тривимірних областей кулями мінімального радіусу або заданим набором кубоїдів.

Характеристики

Програми оптимізації реалізовані як у вигляді програми з інтерфейсом користувача, так і у вигляді DLL библіотек.

Переваги

Комплекс програм використовує найбільш природні і адекватні моделі для згадуваних задач, без зайвих переформулювань з втратою точності. Отримані результати по показникам кількості об’єктів, значенню цільової функції та тривалістю обчислень у подавляючій кількості випадків перевершують аналогічні відомі, або співпадають з ними.

Рівень готовності розробки. Пропозиції для комерціаілізації

Система готова для адаптації у конкретну галузь промисловості.

Результати, здобуті при застосуванні розроблених програм можуть бути використані для знаходження оптимальних місць постановки детекторів контролю стану навколишнього середовища, наприклад, датчиків пожарного контролю, гідрантів, пожежних депо; знаходження точок фізіотерапевтичного впливу на вибрану ділянку тіла пацієнта в медицині, встановлення комунікаційних ретрансляторів, та інших задач.

Приклади отриманих результатів

Комплекс програм для оптимального розміщення кіл та куль

Призначення

Дозволяє отримати близькі до оптимальних варіанти розміщення кіл (куль) у довільних областях з урахуванням мінімально допустимих відстаней та зон заборони.

Характеристики

Обчислювальне ядро комплексу реалізоване у вигляді набору програм, які можуть використовуватися для пошуку оптимальних розв’язків. У створених програмах використовуються ефективні методи та алгоритми оптимізації із застосуванням сучасних локальних і глобальних розв’язувачів.

Переваги

Результатити, отримані за допомогою розроблених програм, порівнювались з аналогічними задачами, які розміщено на сторінці Університету Магдебурга (Німеччина) http://hydra.nat.uni-magdeburg.de/packing/cst/cst.html, присвяченій задачам упаковки кіл та куль. Для більшості задач розміщення кіл у прямокутнику мінімальної довжини отримані результати були кращими.

Рівень готовності розробки. Пропозиції для комерціалізації

Система готова для адаптації у конкретну галузь промисловості.

Може бути використаний на підприємствах машинобудівної, суднобудівної, літакобудівної, легкої, деревообробної, скляної промисловості, при моделюванні взаємодії паливних елементів у ядерній енергетиці.

Приклади отриманих результатів

Комплекс програм пошуку оптимальної упаковки еліпсів та еліпсоїдів

Призначення

Дозволяє отримати близькі до оптимальних варіанти розміщення еліпсів (еліпсоїдів) у довільних областях з урахуванням можливості неперервного обертання об’єктів та мінімально допустимих відстаней

Характеристики

Переваги

Рівень готовності розробки. Пропозиції для комерціалізації

Комплекс програм готов для адаптації у конкретну галузь промисловості.

Може бути використаний при дослідженні структурних властивостей новітніх матеріалів (наноматеріалів, композитних, гранульованих, скляних та ін.), у робототехніці, задачах логістики, сучасних задачах біології, медицини, 3D-друку, моделювання евакуації (індивідуально-поточного руху) у надзвичайних ситуаціях.

Приклади отриманих результатів

Cистема для оптимальної кластерізації геометричних об’єктів

Призначення

Дозволяє отримати варіанти побудови охоплюючих областей мінімальних розмірів для пари 2D&3D об’єктів, що не перетинаються, з урахуванням можливості неперервного обертання об’єктів та мінімально допустимих відстаней. Як функція цілі розглядаються площа (об’єм) або метричні характеристики охоплюючей області. У тому числі розглядається задача пошуку мінімальної опуклої оболонки.

Характеристики

Обчислювальне ядро системи реалізоване у вигляді набору DDL, які можуть використовуватися для автоматичного пошуку оптимальних розв’язків кластеризації пари об’єктів довільної просторової форми. У створених програмах використовуються ефективні методи та алгоритми оптимізації із застосуванням сучасних локальних і глобальних NLP-solvers.

Переваги

Рівень готовності розробки. Пропозиції для комерціалізації

Системам готова для застосування як самостійний продукт, або як програмний модуль в інтелектуальних системах розв’язанні задач упаковки, компоновки та розкрою складних геометричних об’єктів.

Програма для оптимізації просторової форми промислових виробів з метою економії матеріалу та збереження міцностних характеристик

Призначення

Програма орієнтована на оптимізацію просторової форми промислових виробів із забезпеченням збереження їх міцності, економії матеріалу та підвищенням якості друку

Характеристики

Програма реалізує оптимальне розміщення 2D (круги та еліпси) та 3D-об’єктів (кулі та еліпсоїди ) у незв’язних областях з метою оптимізації габаритно-масових характеристик конструктивних елементів та підвищенням якості друку при одночасному збереженні міцностних характеристик виробів

Переваги

Рівень готовності розробки. Пропозиції для комерціалізації

Система готова для адаптації у адитивне виробництво, що використовує сучасні технології 3D-друку (SLS, SLM, та інші).

Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)

В сучасній техніці SOFC є одними з найбільш ефективних енергогенеруючих систем, що конвертують хімічну енергію в електричну. Однією з актуальних проблем при проектуванні та експлуатації SOFC є забезпечення їх тривалої міцності та збільшення часу безвідмовної роботи. Досліджено повзучість, пошкоджуваність та тривалу міцність твердооксидної трубчастої паливної комірки SOFC. Наведено результати розрахунків повзучості та пошкоджуваності твердооксидної трубчастої паливної комірки, розрахунковою схемою якої є тришаровий циліндр, що знаходиться під дією температурного навантаження. З проведених досліджень зроблено висновок, що під час роботи в SOFC, внаслідок повзучості, відбувається перерозподіл механічних напружень та накопичення пошкоджуваності. Рівень напружень в електроліті та аноді, впродовж всього часу, залишається високим. Це призводить, в кінцевому підсумку, до руйнації паливної комірки. Для подовження терміну безвідмовної роботи паливних комірок потрібно добиватися зниження рівня напружень, наприклад за рахунок зменшення різниці між коефіцієнтами лінійного температурного розширення матеріалів шарів.