Компьютеризация конструкторско-технологического проектирования сварных конструкций общемашинно-строительного назначения

Сообщение, сделанное Сергеем Медведевым (Институт технической кибернетики НАНБ) на семинаре "Сварочные технологии, оборудование и материалы, компьютерные системы в подготовке и управлении сварочным производством", состоявшемся 16 мая 2002 г. в рамках форума "Белпромэкспо-2002".
Ни для кого не секрет, что сварные конструкции, изготавливаемые в странах СНГ, в частности, в Беларуси, страдают завышенной металло- и энергоемкостью. Поэтому их конкурентоспособность оставляет желать лучшего.
Выход из существующего положения видится в рациональном и эффективном использовании современных компьютерных технологий проектирования, подготовки производства, виртуальных испытаний, а также мониторинга сварных конструкций.
Сегодня проектирование сварной конструкции без применения современных средств вычислительной техники просто немыслимо. Беда в том, что сами по себе современные средства проектирования не обеспечивают создание сварной конструкции, характеристики которой удовлетворяли бы сварщиков.
Сейчас специалистами ИТК решается задача встраивания в универсальные пакеты программных средств таких функций, которые позволяли бы инженерам, далеким от сварки, проектировать сварные конструкции, удовлетворяющие сварщиков.
Идет разработка современных методов прогнозирования напряженно-деформированного состояния сварных конструкций, изготавливаемых из малоуглеродистых и низколегированных сталей с использованием обычных сварочных материалов.
Если сегодня повсеместно прочностной расчет сварной конструкции выполняется практически без учета напряжений и деформаций от сварного термодеформационного цикла, то в ИТК выполняется расчет упругой зоны.
Благодаря этому появляется возможность приложения к сварной конструкции внешней нагрузки от эксплутационной силы, а также тех усилий, которые возникают при усадке сварных швов. При этом учесть как поперечные, так и продольные деформации. Понятно, что вычисление с определенной долей вероятности остаточных сварочных деформаций и напряжений в общем случае представляет собой весьма сложную проблему. Но выбрать из нескольких вариантов проектирования сварной конструкции тот, которому соответствуют наименьшие напряжения в определенных местах, вполне реально. Причем не на каких-то особых машинах, а на обычных PC, использующихся сегодня в отделах главных сварщиков. В частности, осуществляются эксперименты со сварными конструкциями, представляющими собой рамы размерами примерно 1,5х3 м.
Конечноэлементный расчет результирующих остаточных деформаций на этой машине с учетом внешней нагрузки требует около 22 минут, что в принципе приемлемо.
На перспективу же ставится задача привлечения к подобным расчетам сварных конструкций той современной вычислительной техники, которой располагает ИТК.
В рамках российско-белорусской программы создано семейство суперкомпьютеров очень высокой производительности (до 30 млрд. операций в секунду) с параллельной архитектурой.
В принципе становится возможным моделирование большинства сварочных явлений практически в реальном масштабе времени.
Как только сварная конструкция отрабатывается с учетом деформаций и напряжений на технологичность, можно переходить к этапу ее технологического оснащения с использованием специальных систем, которыми располагает ИТК. При этом скорость проектирования в его многовариантной интерпретации увеличивается в несколько раз.
В совокупности такие подходы позволяют провести в единой компьютерной деформационной трехмерной модели весь цикл существования сварной конструкции — от ее проектирования КБ или отделом главного сварщика до испытания на реальных стендах.
В перспективе есть еще одна задача — заменить испытания на реальных стендах испытаниями на виртуальных стендах, моделируемых в компьютерной среде. В настоящее время в ИТК разворачиваются и эти работы.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ