संख्यात्मक मॉडलिंग - एक परियोजना का इतिहास

नमस्कार, हब्बर और उनके प्रिय पाठकों!

लेख ( लिंक ) में, हमने एक धातुकर्म कंपनी के अनुसंधान अभ्यास में संख्यात्मक मॉडलिंग उपकरण को लागू करने के हमारे अनुभव के बारे में बात की। हमें खुशी है कि विषय को समर्थन मिला और संसाधन के पाठकों के बीच रुचि जगी। आज हम लागू समस्याओं के समाधान के लिए संख्यात्मक तरीकों का उपयोग करने के मुद्दे के व्यावहारिक पक्ष के बारे में बात करेंगे, अर्थात्, हमारी परियोजनाओं में से एक की प्रगति। यह एक औद्योगिक श्रेडर संयंत्र के बारे में होगा जो स्क्रैप धातु को पीसने और अशुद्धियों से साफ करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

श्रेडर के लिए कच्चा माल स्क्रैप धातु है, और काम का परिणाम धातु भोजन है। स्क्रैप धातु को पीसने से इसकी थोक घनत्व में वृद्धि हो सकती है, और सबसे महत्वपूर्ण, अलौह धातुओं सहित अशुद्धियों को सॉर्ट और निकालना, जो संसाधित भी होते हैं, लेकिन अलग से।

हमारे अध्ययन का उद्देश्य चॉपर से कन्वेयर बेल्ट तक थरथानेवाला ढलान परिवहन भोजन का सहायक फ्रेम था। आदेश में कि भोजन थरथानेवाला गटर में नहीं घूमता है, गटर खुद गतिशील भार के अधीन है - यह कंपन करता है।


थरथानेवाला नाली और समर्थन फ्रेम के ज्यामितीय मॉडल

उपकरण रखरखाव के दौरान, समर्थन फ्रेम में दरारें पता लगाने लगीं, मुख्य रूप से वेल्ड पर। क्षति का कारण पारंपरिक तरीकों द्वारा स्थापित नहीं किया जा सकता है, मुख्यतः क्योंकि श्रेडर के संचालन के दौरान, कर्मियों तक इसकी पहुँच निषिद्ध है। उपकरणों की विश्वसनीयता को सुधारने और सुधारने के उद्देश्य से उपायों को विकसित और कार्यान्वित करना आवश्यक था। हमारी भागीदारी का उद्देश्य समर्थन फ्रेम के विनाश और संभव सुधारात्मक कार्रवाई के तंत्र पर ग्राहक द्वारा तैयार की गई परिकल्पनाओं को सत्यापित करने के लिए संख्यात्मक सिमुलेशन विधियों का उपयोग करना है।

काम का सबसे समस्याग्रस्त चरण स्रोत डेटा का संग्रह था। सिद्धांत रूप में, वस्तु की रेखागणित (चित्र या तैयार ज्यामितीय मॉडल), सामग्री की यांत्रिक विशेषताओं पर डेटा और लोडिंग की स्थिति कैलकुलेटर को इनपुट डेटा के रूप में प्रदान की जाती है। स्रोत डेटा की सटीकता गणना मॉडल के परिणामों की विश्वसनीयता को सीधे प्रभावित करती है। हमारी परियोजना में कोई महत्वपूर्ण मात्रा में डेटा नहीं था, और ये अंतराल "मैनुअल" माप से भरे हुए थे।

नतीजतन, श्रेडर के ज्यामितीय मॉडल को इकट्ठा किया गया था, परिमित तत्व मॉडल बनाया गया था, बन्धन की सभी स्थितियों को व्यवस्थित किया गया था, और गणना शुरू की गई थी।


परिमित-तत्व मॉडल: शीट धातु संरचनात्मक तत्वों को शेल परिमित तत्वों (सीई) द्वारा अनुमानित किया गया था; कुंडा हथियारों के बन्धन अंक - ठोस-राज्य FEs; रोटरी लीवर - बीम सीई

हमने संरचना की स्थिर ताकत का आकलन करके शुरू किया। बाहरी भार: संरचना का मृत वजन और कंपन गटर को भरने के विभिन्न स्तरों पर भोजन का द्रव्यमान। स्थैतिक विश्लेषण से पता चला कि जब गटर पूरी तरह से भोजन से भरा होता है, तब भी यांत्रिक तनाव का स्तर सीमा मूल्यों से काफी कम होता है और यह धातु संरचना के विनाश का कारण नहीं हो सकता है।


स्थैतिक विश्लेषण: भोजन, एमपीए के साथ गटर के पूर्ण लोड पर मिक्स के अनुसार बराबर तनाव का वितरण

डिजाइन के एक आवृत्ति विश्लेषण से पता चला कि बाहरी हार्मोनिक लोड की आवृत्ति 3 जी प्रतिरूप में दोलनों की आवृत्ति के करीब है, जो प्रतिध्वनि का कारण बन सकती है।



जब अनुनाद दोलन होते हैं तो समर्थन फ्रेम के डिजाइन का क्या होगा?

इस सवाल का जवाब देने के लिए, रैखिक (मोडल डायनामिक्स) और नॉनलाइनियर डायनेमिक गणनाओं की एक श्रृंखला की गई, जिसमें हमने जानबूझकर प्रणाली को प्रतिध्वनित करने की कोशिश की। निम्नलिखित पैरामीटर विविध थे: बेस वैल्यू के बाहरी लोड of 15% की आवृत्ति, भोजन के साथ गटर के "शरीर" को भरने का स्तर (सिस्टम की गतिशील विशेषताओं को प्रभावित करता है) और वसंत कठोरता base आधार मूल्य का 15%। विभिन्न मापदंडों और उनके संयोजनों के मूल्यों को प्राप्त किया गया था, जो अनुनाद दोलनों की उपस्थिति का कारण बनता है।

विश्लेषण से पता चला कि गुंजयमान कंपन यात्रा सीमाओं की सतहों के बीच सदमे संपर्क बातचीत का कारण बनता है। प्रभाव के समय यांत्रिक तनाव का स्तर सीमा मूल्य से अधिक है, जो धातु संरचनाओं के विनाश का कारण हो सकता है। हमने स्थापना की बार-बार निरीक्षण के दौरान इसकी पुष्टि की: निरीक्षण के समय, कई ट्रैवलर्स पर रबर डंपर्स नहीं थे; दो अंत स्ट्रोक सीमाएं बहुत विकृत हैं, जो ऑपरेशन के दौरान प्रभावों को इंगित करता है।


नॉनलाइनियर डायनेमिक एनालिसिस: ट्रैवल लिमिटर्स, MPa की सतहों पर प्रभाव के क्षण में Mises के अनुसार बराबर स्ट्रेस का वितरण।

कार्य के परिणामों के आधार पर, हमने निम्नलिखित निष्कर्ष निकाला - विनाश का सबसे संभावित कारण संरचना का गुंजायमान कंपन है और, परिणामस्वरूप, यात्रा सीमाओं की सतहों के साथ सदमे-संपर्क बातचीत। वर्तमान मॉडल (प्रारंभिक डेटा की सटीकता को ध्यान में रखते हुए) के अनुसार गुंजयमान दोलनों की घटना के कारणों को केवल सशर्त रूप से कहा जा सकता है: गैर-गणना की गति पर इंजन संचालन गियरबॉक्स और ड्राइव तंत्र के पहनने, जिसने बाहरी भार की आवृत्ति में बदलाव किया; स्प्रिंग्स के "थकान"। काम अभी तक पूरा नहीं हुआ है, अब हम अद्यतन स्रोत डेटा का उपयोग करके मॉडल को अपडेट कर रहे हैं।

उद्योग में व्यावहारिक समस्याओं को हल करने के लिए परिमित तत्व विधि (एफईएम) को लागू करने के दृष्टिकोण से, यह परियोजना स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करती है कि:

• FEM आपको उन प्रक्रियाओं पर शोध और विश्लेषण करने की अनुमति देता है जो शारीरिक रूप से नहीं देखी जा सकती हैं, उदाहरण के लिए, सुरक्षा उद्देश्यों, पर्यावरण की स्थिति या बंद संस्करणों में होने वाली प्रक्रियाओं के लिए उपयोग प्रतिबंधों के कारण;
• विश्लेषण FEM का उपयोग करके प्रक्रिया के वास्तविक भौतिकी के काफी सटीक प्रजनन के साथ किया जाता है, आपको महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों का पता लगाने की अनुमति देता है, भले ही वे प्रारंभिक परिकल्पना में तैयार नहीं किए गए थे;
• FEM के व्यावहारिक अनुप्रयोग की मुख्य सीमाओं में से एक स्रोत डेटा की अपर्याप्त गुणवत्ता है जो हम अपनी अधिकांश परियोजनाओं में मुठभेड़ करते हैं।

तकनीकी जानकारी के प्रेमियों के लिए, हम सूचित करते हैं कि लेनोवो थिंकपैड P720 निपटान स्टेशन (Xeon Silver 4108 प्रोसेसर, 128 GB RAM) पर SIMULIA Abaqus सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके यह कार्य किया गया था। विश्लेषण के प्रकार (स्थिर या गतिशील) के आधार पर, संख्यात्मक मॉडल का आयाम 50 से 300 हजार परिमित तत्वों तक था; मॉडलों के लिए गणना का समय स्थैतिक विश्लेषण के लिए कुछ मिनट और गतिशील विश्लेषण के लिए एक घंटे तक है। सामान्य तौर पर, प्रारंभिक डेटा के संग्रह की शुरुआत से लेकर रिपोर्ट के गठन और सिफारिशें जारी करने तक के सभी कामों में 1 महीने का समय लगता है।

यह लेख मेरे सहयोगी दिमित्री नुशतेव, एक संरचनात्मक इंजीनियर, पीएच.डी.