Основные результаты исследований и разработок - Результаты и публикации

За период 2006–2012 гг. сотрудниками лаборатории получены следующие новые научные результаты:

В области разработки математических моделей и методов для систем автоматизированного проектирования инструмента для поперечно-клиновой прокатки разработаны:

алгоритмы компьютерного моделирования и оптимизации процессов пластического формообразования осесимметричных ступенчатых деталей методом поперечно-клиновой прокатки;
метод проектирования инструмента для поперечно-клиновой прокатки, основанный на выделении в составе прокатываемой детали отдельных элементов (групп элементов) и дальнейшем проектировании инструментов клиновой прокатки для выделенных элементов;
формализованные модели унифицированных элементов клинового инструмента;
формализованные процедуры и алгоритмы синтеза элементов клинового инструмента на основе моделей унифицированных элементов клинового инструмента;
математические модели и метод синтеза клинового инструмента из элементов инструмента.

В области разработки методов проектирования адаптивных интегрированных сред информационной поддержки процессов проектирования и инженерного анализа элементов конструкций сложных технических объектов:

метод структурной организации адаптивных интегрированных сред информационной поддержки процессов конструкторско-технологического проектирования;
формализованное описание процедур оценки вариантов структурной организации адаптивных интегрированных сред;
алгоритмы реализации основных компонентов интегрированных сред информационной поддержки процессов проектирования и инженерного анализа элементов конструкций сложных технических объектов;
методология, позволяющая обеспечить непрерывный цикл автоматизации процессов проектирования и моделирования процессов нагружения элементов конструкций сложных технических изделий в условиях, максимально приближенных к условиям реальной эксплуатации.

В области моделирования нелинейно упругопластического поведения и разрушения материала под давлением применительно к металлам и их сплавам достигнуты следующие научные результаты:

разработан теоретико-экспериментальный метод построения девиаторных сечений поверхности текучести, которыми она образуется в пространстве напряжений и решена проблема определения предельной поверхности;
выполнен учет влияния вязкости при определении предельной поверхности;
предложена формулировка определяющих уравнений в конечном и дифференциальном виде;
найден тензор угловой скорости собственно ортогонального тензора упругого поворота, сопровождающего упругую деформацию;
получено решение проблемы геометрически нелинейной теории упругопластичности при выборе объективной производной по времени;
получен формализованный критерий макроразрушения материала в результате пластической деформации и даны точные оценки предельной величины гидростатического давления растяжения, приводящей к разрушению;
найдены вариационные постановки основных краевых задач в варьируемой актуальной конфигурации;
на основе разработанных экспериментальных комплексов программ решены модельные задачи о нагружении пластичных и малопластичных в обычных условиях материалов, описаны численно важные экспериментальные факты, в том числе явление увеличения пластичности металла при растяжении в условиях всестороннего равномерного сжатия;
в рамках математической модели описан эффект Савара–Массона при растяжении, который является главным из неучитываемых в теориях экспериментальных фактов;
вычислен определитель Вандермонда для корней полинома четвертой и пятой степени;
разработка компьютерных моделей технологических процессов обработки металлов давлением (ковка, штамповка, прокатка), проведение прочностных расчетов машиностроительных конструкций, расчетов усталостных характеристик конструкций, оптимизация параметров конструкций и технологических процессов с целью повышения эффективности технических объектов.

На базе полученных теоретических результатов разработаны следующие программные комплексы:

Программно-методический комплекс проектирования инструмента для изготовления деталей методом поперечно-клиновой прокатки (ПМК «Клин»)

В составе ПМК «Клин» реализованы следующие основные задачи проектирования инструмента для поперечно-клиновой прокатки:

конструирование отдельных элементов клинового инструмента;
компоновка инструмента из конструктивных элементов;
оформление технической документации.

В задачах конструкторского проектирования решаются задачи трех типов:

1-й тип задач определяет чисто геометрические параметры конструкции и решает задачи геометрического проектирования;
2-ой – предназначен для синтеза структуры (топологии) конструкции с учетом ее функциональных характеристик (задачи топологического проектирования);
3-й тип задач – задачи анализа качества полученных конструкторских решений. Такой анализ в составе САПР выполняется посредствам пакета инженерного анализа LS-DYNA.

Использование ПМК «Клин» позволило значительно снизить (минимум на 50%) трудозатраты в сравнении с традиционными способами проектировании, и, как следствие, значительно сократить сроки проектирования, при одновременном повышении качества проектных решений.

Комплекс программных средств поддержки процессов проектирования и инженерного анализа элементов конструкций комбинированных почвообрабатывающих агрегатов» (КПС ПАК-1)

Разработанные в составе КПС ПАК -1 программные средства позволили обеспечить непрерывный цикл автоматизации процессов проектирования и моделирования поведения унифицированных (базовых) элементов конструкций комбинированных почвообрабатывающих агрегатов (КПА). В единый программный комплекс интегрированы сбалансированные по функциональным возможностям и стоимости приложения, обеспечивающие информационную поддержку процессов проектирования и инженерного анализа унифицированных (базовых) элементов конструкций КПА. Согласованность этих средств обеспечена разработанными программными адаптерами и специализированными интерфейсами взаимодействия и поддержки различных программных сред (SolidWorks, Exel, LS-DYNE, ANSYS, FoxPro, КОМПАС).

Программные средства осуществляют поддержку процессов проектирования, объемного геометрического моделирования и инженерного анализа унифицированных (базовых) элементов конструкций КПА и анализ принципиальной работоспособности полученных конструкций.

Разработанная методология и программные средства позволили обеспечить:

автоматизацию и информационную поддержку процессов объемного геометрического моделирования и расчета параметров элементов конструкций КПА;
поддержку процессов инженерного анализа элементов КПА (включая расчет напряженно- деформированного состояния, прочностные расчеты, расчеты запаса устойчивости конструкции, расчеты поведения конструкций под действием нагрузок разных типов, расчет температурных полей и термонапряжений, расчеты проблемных участков, связанных с разрушением конструкций, расчеты напряжений и деформаций в любой точке конструкции).

Проект «Разработать и внедрить методы численного анализа управления процессами пластического формообразования за счёт максимального использования ресурса пластичности обрабатываемого материала с применением кластерных высокопроизводительных мультипроцессорных вычислительных систем»

Проведено тестирование системы LS-DYNA на задачах обработки металлов давлением и не подтвержден важный экспериментальный факт отсутствия застойных зон в задаче об экструзии свинца, обнаружено неадекватное описание процесса в других случаях.

Программный комплекс для решения задач технологической подготовки машиностроительного производства

Разработан и внедрен программный комплекс для решения задач технологической подготовки машиностроительного производства, обеспечивающий решение следующих задач:

автоматизированное проектирование по маршруту обработки деталей в сквозном цикле технологических процессов основных переделов подготовки производства;
автоматизированное проектирование технологических процессов с использованием исходной информации с электронных чертежей деталей, а также на бумажных носителях;
информационное обеспечение проектирования технологических процессов с использованием единой базы данных;
формирование по технологическим переделам комплектов стандартной и при необходимости нестандартной технологической документации, а также сводных документов по материальному и трудовому обеспечению производства;
архивирование с возможностью поиска и вывода необходимых документов;
интеграция программного обеспечения комплекса с информационными системами предприятий;
возможность формирования различных модификаций комплекса по переделам в зависимости от конкретных условий предприятий;
адаптируемость к условиям пользователей в части охвата всей номенклатуры обрабатываемых деталей общемашиностроительного применения и учета производственных условий предприятий, включая состав используемого оборудования и средств технологического оснащения, состав формируемой технологической документации и количество рабочих мест технологов.

Автоматизированная система управления конструкторско-технологической подготовкой производства изделий машиностроения

Обеспечивает решение задач:

конструкторской подготовки производства (формирование и ведение электронных структурированных конструкторских документов, управление изменениями, связь с заказами и продвижение электронных конструкторских документов);
разработки маршрутов движения деталей и сборочных единиц (ведение справочников и данных о пунктах маршрутов, ведение расцеховочных маршрутов, управление изменениями маршрутов);
нормирования расхода материалов (ведение справочников по технологическим материалам, формирование и ведение норм расхода основных материалов, формирование и ведение норм расхода вспомогательных материалов, управление изменениями норм расхода основных и вспомогательных материалов);
управления данными о технологических процессах и оснастке (создание и ведение общезаводских справочников, используемых в задачах разработки технологических процессов, общие принципы создания и ведения технологических процессов в системе, управление изменениями технологических процессов, особенности ведения технологических процессов по видам производства, ведение данных об оснастке, ведение данных о применяемости оснастки, ведение данных о заданиях на проектирование оснастки);
подготовки производства в рамках заказов (ведение заказов, администрирование заказов, создание и редактирование содержимого заказов, подготовка производства в рамках заказов);
выполнения технико-экономических расчетов (ведение цен покупных изделий, материалов, отходов, расчет себестоимости изделий).