Тезисы докладов Инженерных систем 2018

Губайдуллин И.Х., Гаскаров М.З.

ПАО «Казанский вертолетный завод», г. Казань

В качестве основного инструмента для проведения расчетов вычислительной гидродинамики на казанском вертолетном заводе используется программный комплекс (ПК) FlowVison, позволяющий решать задачи внешнего и внутреннего обтекания. Разработкой и продвижением занимается российская компания ТЕСИС. ПК FlowVision обладает неоспоримым преимуществом перед другими аналогичными пакетами за счет удобства подготовки расчетной модели, построения расчетной сетки и возможности эффективного распараллеливания расчета по ядрам/процессорам. Подробная документация и хорошее качество технической поддержки позволяет быстро разобраться с возникающими проблемами в моделировании.

На ПАО «Казанский вертолетный завод» ПК FlowVision используется для моделирования внешнего обтекания фюзеляжа вертолета АНСАТ в различных конфигурациях с целью определения интегральных сил и моментов и внешних аэродинамических нагрузок на отдельные элементы фюзеляжа для последующего расчета на прочность.

Проведены расчеты по определению основных аэродинамических сил и моментов и картины обтекания около фюзеляжа. Для оценки достоверности расчетов выполнено сравнение с результатами испытаний в аэродинамической трубе (АДТ). Наблюдаеся практически полное совпадение, за исключением силы лобового сопротивления – расчетная величина ниже по сравнению с АДТ почти в 1.5 раза. При варьировании параметров модели турбулентности и шероховатости можно добиться совпадения и по лобовому сопротивлению.

С помощью программы удобно оценивать те или иные изменения в обводах фюзеляжа. Визуализация течения воздуха позволяет определить проблемные зоны с вихреобразованиями и на этапе проектирования устранить их. Спектры обтекания в результате расчета хорошо согласуются с результатами испытаний фюзеляжа (шелковинки, аэродинамический щуп и масляная пленка).

С использованием FlowVision выполнена работа по подбору обтекателя автомата перекоса и обтекателя втулки несущего винта.

Выполнен расчет модернизированного хвостового оперения с определением основных сил и моментов фюзеляжа и нагрузок, действующих на оперение в наиболее критических условиях полета.

В настоящее время проводятся расчеты по определению внешних аэродинамических нагрузок на сдвижные двери пассажирской кабины вертолета увеличенных размеров. Расчеты выполняются в широком диапазоне углов скольжения в соответствии с нормами летной годности.

Yu, Chuan-Jun

Samwell Testing inc. Taiwan

This presentation contains two parts. The first part is to present the study of the aquaplaning of automobile tires which simultaneously incorporates various physical phenomena some of which are challenging to model with computer-aided simulation tools. Among those are complex patterned topology and rotational movement of tire, small clearance between ground and tire, free surface flow of water and air and inevitably the elastic nature of tire body and effect of its deformations on fluid flow characteristics. In order to overcome these challenges, Abaqus FE software from SIMULIA and FlowVision CFD package are strongly coupled for bidirectional fluid structure interaction (FSI) co-simulation. This approach is applied to a 205/55/R16 sized tire. Simulation result has shown an effect: maximum pressure build-up is at the tire front and once this pressure starts to destabilize by lateral groove; longitudinal groove loses capability of effective draining. Additional observation is that the critical aquaplaning speed of tire increase in correlation with an increase in the number of lateral grooves.

The second part is to present the study of tire tread pattern shaping and vulcanizing during compression molding process. the commercial CFD software package, FlowVision was used in conjunction with additional Kamal-Ryan model and Non- Newtonian Bird -Carreau model to solve the vulcanization of molded rubber via sequential analysis approaches. The induction time, state of cure and the temperature of the rubber in the curing process were analyzed and the effects of rubber drift during rubber compression processes were also take into account. The result showed that the proposed method of rubber kinetic model combined with FlowVision CFD solver is applicable and effective for tire molding and vulcanization processes.

Keywords: Tire, Aquaplaning,FSI, rubber vulcanization, rubber compression molding process

Sinan Soganci 

Capvidia BV, г. Левен, Бельгия

Modelling and simulation of human body parts and organs, being a crucial bio-technological aspect of close future, makes the virtual modeling and analysis of a representative beating human heart, patient specific heart modeling or digital prototypes of the heart devices the main research interests of an interdisciplinary community of cardiologists, surgeons, engineers, and physicians.

Both patient specific medical imaging based CFD simulations and coupled multiphysics FSI simulations are the main approaches in the scope of cardiac simulations sample applications of which are listed below:

• CFD model generation based on CT scans
• Non-invasive digital angiography & FFR_CT (Fractional Flow Reserve)
• Post-TAVI coronary flow
• Blood flow in SIMULIA LHHM (Living Heart Human Model) with mechanical valves
• Transcatheter tissue engineered aortic valve FSI simulation
• Evolut R stent deployment in LHHM
• Mitral Valve and Mitral Clip FSI simulation

Investigation of blood flow and tissue mechanics in a living human heart is a strong fluid-structure interaction (FSI) phenomenon which, in the given case studies, has been addressed by means of one or two-way coupling approaches between Abaqus FEA and FlowVision CFD software, also in some cases accompanied by SIMULIA LHHM. In such framework; Abaqus is utilized for calculating heart motions and deformations whereas FlowVision is responsible from modelling the viscous blood flow and LHHM serves as a dynamic, anatomically realistic, 4-chamber heart model having 2 mechanical valves coupling the electrical and mechanical fields.

Prof. Wei, Yintao         (Tsinghua University, Beijing, China )

Prof. Kuan, Yean-Der    (National Chin-Yi University of Technology, Taiwan)

This presentation contains two parts. The first part is to present the study of the soil removal for the tires of self-propelled mowers. The CFD simulation using FlowVision software could obtain the lift force of the tire caused by the contact between the tire bottom and the soil ground. The investigation of the lift force via the CFD simulation and the traction from the real vehicle test with different tire pattern is conducted. The second part is to present the study of high speed centrifugal blower using FlowVison. The flow inside the blower is compressible at such high speed rotation of the blades. The characteristics of the airflow rate vs. compression ratio as well as efficiency are investigated.

Keywords: Tire, Soil Removal, Centrifugal Blower, CFD

Yean - Der Kuan, Ph.D.

Professor and Chair, Department of Refrigeration, Air Conditioning and Energy Engineering, National Chin-Yi University of Technology, Taichung City, Taiwan

This presentation contains two parts. The first part is to present the study of the soil removal for the tires of self-propelled mowers. The CFD simulation using FlowVision software could obtain the lift force of the tire caused by the contact between the tire bottom and the soil ground. The investigation of the lift force via the CFD simulation and the traction from the real vehicle test with different tire pattern is conducted. The second part is to present the study of high speed centrifugal blower using FlowVison. The flow inside the blower is compressible at such high speed rotation of the blades. The characteristics of the airflow rate vs. compression ratio as well as efficiency are investigated.

Keywords: Tire, Soil Removal, Centrifugal Blower, CFD

Щеляев А.Е.¹, Жаркова В.В.¹, Дядькин А.А.², Симакова Т.В.²

¹ ООО «ТЕСИС», г. Москва
² РКК «Энергия», г. Королев

Показаны особенности постановки задач при моделировании приводнения: наличие двух фаз, параметры течения в которых резко отличаются друг от друга, наличие сверхзвуковых струй в воздушной фазе, моделирование морского волнения.

Представлены циклограммы работы двигательных установок для выбора оптимального режима приводнения, показана визуализация поведения возвращаемого модуля во время осуществления посадки, выявлены основные особенности динамики взаимодействия аппарата с водной средой. Проведен анализ полученных данных, и показано направление будущих работ.

А.А. Аксенов, С.В. Жлуктов, С.В. Калашников, А.Л. Митин

ООО «ТЕСИС», г. Москва

В связи с бурным развитием беспилотной авиации и ветроэнергетики становится крайне актуальным и востребованным расширение возможностей исследования течений жидкости и газа при малых числах Рейнольдса с помощью численных методов. В силу значительного влияния положения точки ламинарно-турбулентного перехода пограничного слоя на результирующие интегральные и распределенные параметры течения точное моделирование ламинарно-турбулентного перехода является основной проблемой применения численных методов для исследования данного класса течений.

Ранее авторами с помощью вычислительного комплекса FlowVision и специализированной двухпараметрической модели турбулентности k-ε FlowVision было получено приемлемое согласование с экспериментальными данными распределения коэффициента давления на поверхности профиля Eppler 387 при значении числа Рейнольдса Re = 200000.

В данном докладе представлены некоторые результаты применения технологии наложенной приповерхностной сетки (OBL) для разрешения пограничного слоя и более точного определения коэффициента лобового сопротивления данного профиля. Рассмотрены методические вопросы выбора параметров основной и приповерхностной сеток, приведено сравнение с результатами экспериментальных исследований.

Жлуктов С.В. к.ф.-м.н.

ООО «ВИП», Москва, Россия

В докладе делается краткий обзор математических моделей физических процессов, реализованных в программном комплексе (ПК) FlowVision в разное время. Обсуждается модель ламинарно-турбулентного перехода SST+ , реализованная в ПК FlowVision в 2017 г. Представляются разработки, ведущиеся в настоящее время: моделирование абляции поверхности твёрдого тела в рамках метода VOF, введение в ПК FlowVision известных моделей дробления и коагуляции капель и пузырей, моделирование неравновесной и равновесной кавитации. Говорится о ближайшей перспективной разработке – о комплексной модели абляции пористого каркаса.

В докладе демонстрируются примеры решения гиперзвуковых задач, решённых в ПК FlowVision в разное время: “Абляция углеродного термо-защитного покрытия американского экспериментального гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА) IRV-2”, “Ионизация ударного слоя около американского экспериментального ГЛА RAM-C II”, “Двухфазное горение в двигательной установке модели ГЛА, помещённой в ударную трубу”.

Шапоренко С.В. 

ООО «ТЕСИС», г. Москва

Новый функционал FlowVision - решение уравнений магнитной гидродинамики. Реализована потенциальная модель уравнений Максвелла. Приведена система уравнений МГД. На тестовых примерах показана работоспособность имплементированной модели.

Приведены результаты расчетов следующих верификационных задач: течение электропроводной жидкости в круглой изолированной трубе, в квадратных трубах с тонкими стенками, имеющими переменную электропроводность с наложенным внешним магнитным полем; течение защитного газа при горении сварочной дуги.

На задаче течения электропроводной жидкости в квадратной трубе работа модуля МГД как в жидких, так и в твердых средах. Связь на границах между веществами для электрического и магнитного потенциалов осуществляется с помощью связных граничных условий.

На примере задачи дуговой сварки показано взаимодействие модуля МГД с модулями расчета переноса излучения и массопереноса.

Для всех представленных задач проведено сравнение с теоретическими оценками и экспериментальными данными.

Бабий Ю.И.¹, Боровик И.Н.², к.т.н.

¹СИГМА Технология, г. Москва, Россия

²МАИ, г. Москва, Россия

В настоящее время с появлением высокопроизводительных вычислительных систем и развитием высокоэффективных алгоритмов оптимизации и численного моделирования стало возможным решение задач повышения эффективности сложных технических систем на основе использования численных методов.

В докладе приводится порядок автоматизированного проектирования ЖРДМТ с возможностью оптимизации проектных параметров с целью повышения его эффективности - максимального удельного импульса.

Для решения данной задачи используются программные средства: SolidWorks, FlowVision, ANSYS Mechanical, платформа управления расчетами и оптимизации IOSO.

Применение численного моделирования и оптимизации дает возможность освобождения конструктора от достаточно сложного и очень трудоёмкого процесса поиска проектных параметров ЖРДМТ, который одновременно удовлетворяют большому количеству иногда противоречивых требований.

Для решения задачи получения максимального удельного импульса для ЖРД необходимо обеспечить взаимосвязь всех модулей, входящих в расчетную оптимизационную процедуру: SolidWorks - формирование геометрии ЖРД, FlowVision - моделирование истечения газа, ANSYS Mechanical, расчет напряжений в конструкции ЖРД на основе нагрузок и температур, полученных от FlowVision и оптимизационным алгоритмом IOSO (рисунок 1).:

Результаты математического моделирования анализируются оптимизационным алгоритмом в платформе IOSO и выдаются новые значения геометрических параметров ЖРД для проведения расчетов до нахождения наилучшего решения.

Применяемый программный комплекс обеспечивает поиск и предоставление конструктору совокупности альтернативных проектов ЖРДМТ для обоснованного выбора наиболее эффективного технического решения, которое удовлетворяет заданным требованиям, и, является наилучшими по выбранным конструктором показателям эффективности.

Рисунок 1. Схема расчетов

Вершинин В.В.^1,2

НИУ МГСУ¹, ИО им. П.П. Ширшова РАН², г. Москва, Россия

Рассматриваются особенности реализации посредством VUMAT user subroutine трёхинвариантных критериев текучести и прочности изотропного материала, допускающих учёт изотропного деформационного упрочнения, динамических эффектов в области «умеренных» скоростей деформаций и соответствующих им температурных явлений. Затрагиваются вопросы выпуклости функции текучести и вида закона пластического течения. Формулируются рекуррентные соотношения метода обратных проекций и отмечаются их особенности, напрямую влияющие на время решения задачи. Обсуждается процедура определения параметров критериев текучести и прочности и приводятся практические примеры.

Чаускин А. Ю., кандидат технических наук

ЗАО НИЦ СтаДиО, г. Москва / ФГАОУ ДВФУ, г. Владивосток, Россия

В настоящее время обеспечение механической безопасности зданий, сооружений и их конструкций регламентируется нормативно-правовыми актами, основанными на полувероятностном методе предельных состояний с применением коэффициентов надёжности. К сожалению, как действующие нормы, так и большая часть строительной отрасли являются консервативными. Заложенные в нормы методы расчёта не позволяют проектировщику получить количественные показатели надёжности разрабатываемого объекта. Имеющаяся качественная характеристика надёжности зачастую ведёт к нецелесообразным экономическим решениям, в том числе основанным на личной перестраховке специалиста в процессе проектирования. С другой стороны, имеют место быть случаи, когда надёжность объектов повышенной ответственности оказывается ниже объектов нормального и пониженного уровня.

Наметившаяся в последнее время тенденция развития нормативно-правовых актов позволяет специалистам, владеющим необходимыми компетенциями, математическим аппаратом теорий вероятности и надёжности, принимать более взвешенные решения как на стадии проектирования, так и для оценки ресурса эксплуатируемых зданий.

Для решения данной задачи необходимо использовать эффективные алгоритмы и их программные реализации в виде синтеза вероятностных методов теории надёжности и численного моделирования методом конечных элементов, не противоречащие здравому смыслу и предпосылкам, регламентированным в отечественных и зарубежных нормативно-правовых актах нового образца: ГОСТ 27751-2014, ГОСТ Р ИСО 2394-2016, ГОСТ Р ИСО 8930-2016, EN 1990:2002+A1:2005 и др.

В данной работе представлена оценка надёжности и ресурса элементарной конечно-элементной модели, вычисленная с учётом её стохастической составляющей. Приведённые решения положены в основу алгоритмов программного расширения REM (Reliability Evaluation Module) для универсального комплекса численного моделирования SIMULIA Abaqus, обеспечивающего оценку надёжности объекта на основе его численной модели. Разработка расширения выполняется с использованием языка программирования Python, в том числе библиотек NumPy и SciPy, инструментов Really Simple GUI Dialog Builder и Abaqus Python development environment.

Власов А.Н.¹, д. т. н., Волков-Богородский Д.Б.¹, к. ф.-м. н.

Хименков А.Н.², к. г.-м. н.

¹Институт прикладной механики РАН, ²Институт геоэкологии РАН, Москва, Россия

Развивается двухуровневая схема решения краевых задач для уравнений фильтрации Бринкмана [1] в конечно-элементном комплексе ABAQUS для структурно-неоднородных пористых материалов с порами различной формы, расположенными некоторым градиентным образом в однородной матрице. Математически такие задачи описываются уравнениями с быстроосциллирующими коэффициентами, зависящими также и от пространственных координат. Процедура асимптотического усреднения позволяет разделить эту задачу на ряд более простых на разных масштабных уровнях, а также построить корректную асимптотику, аппроксимирующую решение в целом. На микроуровне рассматривается периодическая задача на представительной ячейке, на макроуровне рассматривается задача во всем пространстве. Для задач, возникающих на микроуровне, развивается аналитическая схема блочной аппроксимации Треффтца на системах специальных функций, точно удовлетворяющих оператору задачи; на макроуровне задачи решаются средствами конечно-элементного комплекса ABAQUS и имеют переменные характеристики, определяемые из решения вспомогательных задач на микроуровне. Развиваемая схема используется для моделирования фильтрации газов в многолетнемерзлых породах с глубинных залежей газогидратов при их разложении, где процесс фильтрации рассматривается как частный случай динамики флюидов в геокриологии. Наблюдение за образованием таких феноменов как Ямальский кратер, приводит к выводу об определяющем значении флюидогеодинамики при формирования различных стадий развития подобного рода процессов.

Литература

1. Власов А.Н., Волков-Богородский Д.Б. Асимптотическое усреднение уравнений фильтрации Бринкмана в многофазных средах с периодической структурой. // Механика композиционных материалов и конструкций. 2012. Т.18, №1. С. 92-110.

Дубиня Н.В.

Институт Физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской Академии Наук, Москва, Российская Федерация

В работе рассмотрена возможность использования алгоритма топологической непараметрической оптимизации в задачах бурения скважин. Показано, каким образом этот алгоритм может упростить решение задачи определения оптимальной (с точки зрения безаварийного бурения) траектории скважины.

Результаты трехмерного геомеханического моделирования являются входными параметрами для задачи выбора траектории скважины. Эти результаты представляют собой пространственное распределение полей тектонических напряжений в пласте и используются для выбора траектории скважины. Сейчас реализован следующий подход: фиксируются общие геометрические характеристики траектории скважины, выполняется расчет параметров бурения, оцениваются риски при бурении, связанные с концентрацией напряжений. Далее траектория скважины и параметры бурения корректируется в соответствии с результатами моделирования.

Предлагается автоматизировать описанный процесс, используя широко использующиеся алгоритмы оптимизации. На данный момент в областях, связанных с выбором формы деталей механизмов, набирает популярность топологическая оптимизация – автоматизированный алгоритм поиска геометрических характеристик деталей, являющихся оптимальными с точки зрения задаваемых параметров – прочности, массы и т.п. Представляется, что такие алгоритмы могут быть модифицированы и использованы и в задачах бурения скважин.

В работе выделены основные правила оптимизации, которые могут быть составлены для выбора траектории скважины. Также определены основные ограничения, которым должна удовлетворять алгоритмически рассчитанная оптимальная траектория скважины. Результатом предлагаемого подхода является автоматизация процесса выбора траектории скважины, обеспечивающая наиболее стабильный вариант бурения.

Предлагаемый подход ранее не использовался в задачах топливно-энергетического комплекса и может быть важным шагом на пути интеллектуализации процессов разработки месторождений.

Федулов Б.Н., к.ф.м.н, Федоренко А.Н., к.т.н

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия

Тема моделирования разрушения композитов довольно давно изучается и имеет существенное количество научных публикаций. Учеными и прикладными специалистами написано большое количество обзоров не по композитам в общем, а именно о проблеме разрушения. В некоторых работах такого плана количество ссылок превышает 300.

В отличие от металлов или даже неоднородных сложных материалов, в слоистых композитах разрушение одного слоя в большинстве случаев не приведёт к полному разрушению всего пакета. Более того, такое разрушение может не вызвать даже малейшего изменения в общей диаграмме нагружения в терминах сила ­- перемещение. Поэтому на первый план выходит именно последующая деградация материала.

В работе рассмотрен ряд предположений, позволяющий выстроить подход к моделированию разрушения слоистого композита. Предложенный подход проиллюстрирован на примере построения теории, в которой в качестве входных параметров используются только стандартные инженерные характеристики материала, что не требует проведения сложной экспериментальной программы.

На примере задачи о разрушении композитной пластины с круговым вырезом в условиях сжатия, проведено сравнение подходов, основанных на линейной модели упругости и модели, учитывающей сдвиговую нелинейность свойств и поврежденность материала. Продемонстрировано различие в областях повреждения материала, предсказанных данными подходами, при практически полном совпадении интегральной предельной нагрузки для образца.

Показано возможное расширение предложенного подхода для моделирования разрушения композита, в котором учитывается скоростное упрочнение материала. Предложена аналитическая формулировка для оценки влияния скорости накопления повреждений в материале на итоговую прочность. Продемонстрирован набор необходимых параметров модели на основе результатов экспериментальных исследований с высоким диапазоном скоростей деформирования.

Федоренко Алексей Николаевич, Федулов Борис Никитович

МАИ, Москва

Проблема потери устойчивости актуальна в инженерных приложениях, в особенности, для тонкостенных конструкций. Использование композитов снижает вес конструкции, но при проектировании возникают проблемы в выборе надежных расчетных методов анализа потери устойчивости, в частности, поведения конструкции в процессе локальной потери устойчивости с сохранением общей несущей способности. Одной из проблем является корректный выбор упругих характеристик композиционного материала. Часто результаты испытаний ПКМ демонстрируют зависимость упругих модулей от типа нагружения. Например, результаты одноосного испытания на растяжение/сжатие в некоторых случаях демонстрируют существенное различие. Анализ потери устойчивости обычно предполагает сжатие материала, и выбор упругих констант, полученных в тестах на сжатие, приводит к более точным результатам. Однако и это не гарантирует хорошей корреляции с экспериментами в случае анализа локальной потери устойчивости из-за пренебрежения некоторыми областями с растяжением.

Данная работа посвящена изучению возможности использования неклассических моделей упругости композиционных материалов для анализа устойчивости конструкций. Была разработана модель слоистых ПКМ, учитывающая чувствительность упругих модулей к различным типам нагрузок. Основным практическим результатом представленного исследования является реализация нелинейных упругих моделей в КЭ комплексе Abaqus в целях их применения для задач с тонкостенными композитными конструкциями.

Трусов К.А.

ПАО «Северсталь», г. Череповец, Россия

В представленной работе рассмотрены вопросы численного моделирования процессов металлургического производства, например, такие как процесс нагрева сляба в методической печи, производство плоского проката и сварных прямошовных труб, штамповка изделий из толстого горячекатаного проката. В качестве рабочей среды использовался ПП Simulia Abaqus.

Наиболее важными и интересными можно выделить 2 проекта. Моделирование процесса горячей прокатки было выполнения для непрерывного широкополосного стана 2000 ПАО «Северсталь». Выполнено моделирование нагрева сляба в методической печи перед прокаткой, участка черновой группы клетей, состоящего из 5 вертикальных и 5 горизонтальных клетей, и участка чистовой группы, состоящего из 7 горизонтальных клетей. По результатам работы было оценено формоизменение концов полосы в черновой группе клетей и проведено сравнение полученных результатов с фактическими полученными геометрическими размерами и усилиями прокатки после каждой клети стана горячей прокатки.

Вторым проектом можно выделить моделирование процесса производства сварных прямошовных труб общего или строительного назначения. Произведен расчет процесс формоизменения от плоского листа до круглой трубы с последующим моделированием сварки и калибровки в квадратный профиль. По результатам моделирования можно сделать вывод об изменении механических свойств по сечению готового профиля трубы.

Степанова Л.В., д.ф.-м.н., доцент

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева

В настоящее время одной из актуальной задач современной механики деформируемого твердого тела является компьютерное имитационное моделирование процессов нелинейного деформирования и разрушения твердых тел под нагрузкой с учетом процессов накопления рассеянных повреждений. Под поврежденностью понимается относительное сокращение эффективной, несущей нагрузку, площади поперечного сечения образца [1]. Процесс накопления повреждений в твердых телах может быть описан с помощью введений скалярной или тензорной меры поврежденности. В рамках связанной постановки задачи скалярный параметр поврежденности или компоненты тензора поврежденности входят в определяющие соотношения материала [1]. Решение краевых задач механики деформируемого твердого тела для элементов конструкций, находящихся в реальных эксплуатационных условиях, требует использования многофункциональных комплексов, таких SIMULIA Abaqus. Однако, среди моделей материалов, представленных в конечно-элементном пакете SIMULIA Abaqus, нет возможности прямого учета процесса накопления повреждений. Возможность моделирования сложных сред в пакете SIMULIA Abaqus реализуется с помощью обращения и применения пользовательских процедур, таких как UMAT и VUMAT. В настоящей работе представлен опыт использования процедуры UMAT для описания накопления повреждений в образцах с концентраторами напряжений в материале с определяющими уравнениями, базирующимися на конституциональных уравнениях линейно упругого изотропного материала, и инкорпорирующими компоненты тензора поврежденности второго ранга [2]. Найдены распределения поврежденности у вершины трещины и проанализированы зоны активного накопления повреждений в условиях смешанного нагружения.

Автор благодарит Российский фонд фундаментальных исследований (проект 16-08-00571).

1. 1. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Нелинейная механика разрушения. Самара: Самарский университет, 2001. 632 с.
2. 2. Doquet V., Ben Ali N., Constantinescu A., Boutillon X. Fracture of a borosilicate glass under triaxial tension// Mechanics of materials. 2013. V. 57. P. 15-29.

А.В. Кузнецов, Б.А. Каширин, Д.А.Чулкин, Л.А. Карпюк

АО «Высокотехнологический институт неорганических материалов имени ак. А. А. Бочвара», г. Москва, Россия

Работы по толерантному топливу (ATF) ведутся всеми крупнейшими участниками ядерного рынка. Математическое моделирование с применением ABAQUS позволяет определить основные направления исследований по части разработки твэлов нового поколения до проведения дорогостоящих экспериментов. Проведенные исследования в различных постановках для середины активной зоны ядерного реактора показывают принципиальную возможность моделирования термомеханического мультиконтактного взаимодействия, в т.ч и с применением подпрограмм пользователя.

Оценка поведения перспективных вариантов конструкций твэлов нового поколения проводится с применением кода ABAQUS, для которого разработана методика моделирования поведения твэла ВВЭР-1000 по кампании при мультиконтактном термомеханическом взаимодействии таблеток топлива и оболочки с учетом ползучести и распухания топлива, ползучести оболочки и механизмов теплофизического и механического поведения зазора топливо-оболочка. Рассматриваются поведение по кампании с последующим всплеском в режиме испытананий твэлов следующих конфигураций: участка серийного твэла с четыремя таблетками топлива из диоксида урана и оболочкой из цикониевого сплава 110, участка трубчатого твэла с четыремя таблетками топлива из диоксида урана и оболочками из циркониевого сплава Э110, участка твэла с половиной таблетки мультикапсулированного топлива на основе микротвэлов с нитридом урана в оболочке из сплава Э110, участка композитного твэла фигурной конфигурации с повышеным теплосъемом.

Таким образом, исследование возможностей кода ABAQUS для моделирования в твэлах термомеханического мультиконтактного взаимодействия по кампании с применением подпрограмм пользователя показывает, что принципиально возможно использование кода ABAQUS для решения задач проектирования ATF твэлов с любыми материалами.

Ермушин Д.Ю.¹; Нуштаев Д.В.²,к.т.н.; Вахрамеев П.С.¹; Проуторов Е.В.¹

1) ФГБОУ ВО «Череповецкий государственный университет», РНТЦ,
г. Череповец, Россия. 2) ООО «ТЕСИС», г. Москва, Россия.

Аннотация. Рассматривается применение программного комплекса Simulia Abaqus для моделирования процесса перемешивание стали потоком аргона в сталькоше при вакуумировании. Для решения задачи рассматриваются CFD и CEL подходы моделирования.

Ключевые слова. Численное моделирование, имитационное моделирование, CFD, CEL, метод конечных элементов, продувка аргоном, стальковш.

Одной из проблем технологического процесса перемешивания стали в стальковше инертными газами, является проблема качества перемешивания стали, то есть образование застойных зон, что в свою очередь влияет на качество производимой стали.

Моделирование данного процесса позволит нам получить картины распространения потоков стали по объему ковша, при различных расположениях продувочных фурм и различном расходе газа, что позволит выявить режим, при котором будет обеспечиться наиболее равномерное перемешивание стали, а так же создать основу для дальнейших исследований на других агрегатах.

В ходе исследования данного производственного процесса была поставлена квази-трехмерная модель, с определенным рядом допущений при использовании CFD и CEL методов.

CFD метод использовался для рассмотрения потоков жидкой стали, с различным количеством и расположением продувочных блоков.

CEL подход был использован для рассмотрения картины потоков жидкой стали.

Заключение. В результате были разработаны методики постановки модели перемешивания стали в стальковше аргоном. На базе данных моделей возможно получение более точных расчетов на конкретной геометрии ковша и параметров стали.

Бондарчук Д.А., Федулов Б.Н., канд. физ.-мат. наук

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Москва, Россия

Задача проектирования изделия из ПКМ, а также задача анализа прочности является связанной с анализом процесса изготовления и оценкой образующихся остаточных напряжений в изделии.

В настоящей работе исследовано влияние геометрических размеров образцов, укладки и размера концентратора на остаточные напряжения в конструкции из ПКМ с термореактивным связующим. Для описания поведения композитного материала AS4 / 8552-1 в процессе производства, включая процесс формования, полимеризации, образования остаточных деформаций и напряжений, была разработана специальная пользовательская подпрограмма и реализована в программном обеспечении ABAQUS. Процесс «сверления» отверстия-концентратора был реализован посредством специальной методики моделирования путем удаления материала после моделирования цикла отверждения.

В качестве примера, на Рисунке 1 показано предсказанное распределение остаточных напряжений σ₁₁ для образца толщиной 4 мм, укладкой [45₄/90₄/-45₄/0₄]_S, имеющего концентратор - сквозное отверстие d=12,7 мм. Напряжения сжатия существенны и не могут быть проигнорированы в последующем прочностном анализе.

Рисунок 1. Распределение σ11(Па) возле концентратора.

Анализ эффектов 1D, 2D и 3D масштабирования размеров образцов, показало, что с увеличением диаметра или толщины значения остаточных напряжений уменьшаются. С другой стороны, с увеличением количества каждого слоя (толщины слоя) остаточные напряжения возрастают.

Гренишен Д.М.

ПАО «КАМАЗ», г. Санкт-Петербург, Россия

В разработке каждого изделия присутствует своя четко определенная последовательность этапов проектирования. Разработка автомобиля не является исключением. В данном докладе представлены не столько сами этапы проектирования, сколько интеграция расчетных исследований на всем этапе создания автомобиля, по всем его узлам и компонентам. Основное внимание будет уделено наиболее трудоемким и длительным расчетным моделям, включающим в себя моделирование кабины, динамики всего автомобиля в сборе. При разработке нового автомобиля основной упор делался на максимально плотное взаимодействие отдела разработки и расчетного отдела для возможности расчетной проработкой практически всех принимаемых технических решений по конструкции. Влияние расчетов на конечное изделие и возможность существенного сокращения времени на разработку являются основной идеей данного доклада.

{/accordion}