Привет, Хабр! Более 5 лет мы используем численное моделирование как метод решения различных инженерных задач:
- определение параметров технологического процесса, которые невозможно измерить в ходе натурных испытаний;
- оценка эффективности оборудования и технологий, планируемых к использованию;
- продвижение новых и уникальных продуктов среди клиентов;
- определение требований к механическим характеристикам перспективных материалов в технологиях будущего
Моделирование – возможность исследования течения жидкой стали в промковше установки непрерывной разливки стали.
Проверка различных гипотез – одно из самых популярных направлений нашей работы.
Вокруг всегда много «прорывных» идей: «наши конкуренты добились.
», «на конференции представлена технология будущего.
», «новый технологический стартап.
», какие-то из них.
они выглядят экономически очень привлекательно.
Есть различные способы проверить, какие из этих идей можно применить в нашей компании и принесут целевую прибыль, а какие нет. Вы можете рискнуть, потратить деньги и проверить идею в рамках пилотной эксплуатации.
Вы можете организовать НИОКР с внешним партнером и надеяться на удачу при выборе подрядчика.
Однако практический опыт показывает, что наиболее эффективной является самостоятельная разработка подобных инициатив профильными подразделениями компании.
И здесь численное моделирование становится неотъемлемой частью процесса принятия решений, что позволяет проверить работоспособность идеи при сравнительно небольших временных и финансовых затратах.
Мы использовали этот подход в проекте по оценке возможности намотки стальных труб на катушку.
Стальные трубы в бухтах широко используются при строительстве и ремонте газовых и нефтяных скважин.
Они позволяют сэкономить на операциях сборки/разборки бурильной колонны.
Эти трубы выпускаются сравнительно небольших диаметров, до 100 мм.
Перед нами были поставлены следующие вопросы:
- Можно ли производить и поставлять трубы в бухтах большего диаметра заказчикам, например, для строительства местных трубопроводов, чтобы сэкономить на сварке?
- Каковы максимальные диаметры и толщины стенок, которые можно получить, используя какие марки стали?
- Какая сила потребуется, чтобы смотать и размотать такую трубу?
- На все эти вопросы мы смогли ответить, создав конечно-элементную модель, имитирующую процесс намотки и позволяющую варьировать параметры управления процессом.
Слева – неправильные параметры процесса, локальное смятие и разрушение трубы.
Справа - труба диаметром 219 мм и толщиной стенки 6,5 мм намотана на барабан диаметром 4 метра.
Больше всего мы любим проекты о взрывах и разрушениях , поэтому мы с радостью взялись за создание модели для полевых испытаний труб большого диаметра.
Компании, эксплуатирующие магистральные газопроводы, заинтересованы в том, чтобы в случае возникновения чрезвычайной ситуации (можно погуглить картинки и видео по запросу «взрыв на газопроводе») был разрушен участок трубы минимальной длины, который можно быстро ликвидировать.
отремонтировано.
В настоящее время проводятся масштабные полевые испытания по оценке трещиностойкости труб.
Смысл прост - на полигоне собирается участок трубопровода, в нем создается высокое давление, в центральной части испытательного участка трубопровода детонируется кумулятивный заряд, а длина образующейся трещины в каждом направление определяется.
Общий вид испытательного участка
К сожалению, результаты испытаний всегда были плохо предсказуемыми, поскольку в настоящее время нет четкой связи между лабораторными свойствами металла труб и успешностью полевых испытаний.
Для того, чтобы узнать, подходит ли выбранная марка стали, нам необходимо выплавить (не менее 350 тонн стали), прокатать листы, сделать из них трубы, доставить их на свалку, и только тогда мы сможем найти результат. Задача моделирования – создать инструмент, который на основе лабораторных испытаний стального листа позволит с высокой точностью определить результат натурных испытаний.
Результаты виртуального теста.
В зависимости от механических свойств трубы трещина может распространяться линейно или петлеобразно.
Нам удалось создать такой инструмент, и мы проводим виртуальные испытания наших самых прочных труб из стали марки Х100 для магистральных газопроводов; в России эти трубы пока не используются.
Кроме того, мы планируем разработать методику расчета устойчивости труб к распространению трещин на основе лабораторных испытаний и предложить ее нашим партнерам и клиентам.
Среди наших задач есть те, которые более характерны для черной металлургии.
расчеты процессов обработки металлов давлением .
Расчеты таких процессов, наверное, делает каждый студент, обучающийся по профильной специальности; написано много книг и диссертаций.
Но по разным причинам в этих расчетах часто используются существенные упрощения и допущения, например: «валки цилиндрические», «валки абсолютно жесткие», «рама клети абсолютно жесткая», «геометрия валка постоянная».
.
Такие упрощения не позволили бы нам реализовать следующий наш проект – определить оптимальный профиль валков клети стана горячей прокатки, позволяющий минимизировать напряжения в валке и вероятность его разрушения.
Таким образом, в нашей модели:
- геометрия и схема работы клетки соответствуют действительности;
- кровать деформируемая;
- ролики профилированные;
- валки деформируемые, к рабочим валкам приложено противоизгибающее усилие;
- Учитывается износ поверхности валков в ходе прокатной кампании.
Модель стенда стана горячей прокатки Созданный инструмент позволил детально изучить процессы нагружения и износа рабочих валков стана горячей прокатки, разработать более эффективное профилирование.
Распределение напряжений в рабочих валках (слева) и области пластической деформации (справа) в начале и конце прокатной кампании.
В последние годы у ремонтных подразделений компании и у наших клиентов возник спрос на анализ процессов износа оборудования сыпучими средами .
Мы провели пилотную работу по этой теме совместно с нашим партнером, компанией CADFEM C-I-Эs, в новом программном продукте Rocky. В горнодобывающей промышленности широко используются карьерные самосвалы большой грузоподъемности; каждый из них ежедневно совершает десятки рейсов, включая погрузку руды или пустой породы, транспортировку и разгрузку.
Перевозимые сыпучие материалы обладают высокой абразивностью, поэтому внутренняя часть кузова самосвала облицована специальными износостойкими сталями, но даже они требуют регулярной замены.
Горнодобывающие компании заинтересованы в снижении износа футеровки и увеличении срока ее службы.
Существует два основных направления действий:
- использование более износостойких материалов;
- оптимизация геометрии футеровки и/или применение различных схем, изменяющих характер движения сыпучей среды по поверхности.
Параллельно самосвал с экспериментальными элементами футеровки день за днем перевозит железную руду и приближается к моменту сравнения результатов расчета и эксперимента.
Процесс выгрузки породы из кузова карьерного самосвала 
Распределение энергии, затрачиваемой на износ обшивки кузова
Для любителей технической информации сообщаю, что мы используем программное обеспечение SIMULIA Abaqus, Ansys CFD, Autoform, вычислительные станции Dell и Lenovo, новейшие из них имеют 64 ядра и 256 ГБ оперативной памяти.
Оптический 3D-сканер оказался очень полезным.
Для определения физико-механических свойств материалов мы используем собственные лаборатории и лаборатории наших партнеров, а также активно делимся данными о материалах с нашими клиентами.
Один проект может занять от часа до нескольких месяцев.
У нас еще много разных проектов в работе и планах.
Ваши отзывы и комментарии помогут нам писать чаще и предлагать интересную информацию с иллюстрациями.
Теги: #моделирование #метод конечных элементов #CAD/CAM #моделирование физических процессов #ansys
-
Wipe Disk, Чтобы Полностью Стереть Данные
19 Oct, 24 -
Эпидемия В Данных
19 Oct, 24 -
Три Процента
19 Oct, 24 -
Быстрый Старт Продаж Для Онлайн-Бизнеса
19 Oct, 24
