Seit über 5 Jahren verwenden wir die numerische Simulation als Methode zur Lösung verschiedener technischer Probleme:
- Bestimmung der Parameter technologischer Prozesse, die während Feldtests nicht gemessen werden können;
- Bewertung der Effizienz der zur Verwendung geplanten Geräte und Technologien;
- Förderung neuer und einzigartiger Produkte bei Kunden;
- Ermittlung der Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften vielversprechender Werkstoffe in zukünftigen Technologien
Ich, Oleg Kopaev , bin bei Severstal für die numerische Modellierung verantwortlich, und heute stelle ich Ihnen eine Auswahl der interessantesten Projekte vor, die wir im vergangenen Jahr abgeschlossen haben.
Simulation - die Fähigkeit, flüssige Stahlströme in einem Zwischenbehälter in einer Stranggießanlage zu untersuchen
Testen verschiedener Hypothesen- einer der gefragtesten Bereiche unserer Arbeit. Es gibt immer viele „bahnbrechende“ Ideen: „Unsere Wettbewerber haben erreicht…“, „Die Technologie der Zukunft wird auf der Konferenz vorgestellt…“, „ein neues technologisches Startup…“, einige davon sehen wirtschaftlich sehr attraktiv aus. Es gibt verschiedene Möglichkeiten zu prüfen, welche dieser Ideen in unserem Unternehmen angewendet werden können und den angestrebten Gewinn erzielen und welche nicht. Sie können ein Risiko eingehen, Geld ausgeben und die Idee im Rahmen der Pilotproduktion testen. Sie können F & E mit einem externen Partner organisieren und hoffen auf viel Glück bei der Auswahl eines Auftragnehmers. Die praktische Erfahrung zeigt jedoch, dass die unabhängige Untersuchung solcher Initiativen durch die Kräfte der spezialisierten Abteilungen des Unternehmens am effektivsten ist. Und hier wird die numerische Modellierung ein wesentlicher Bestandteil des Entscheidungsprozesses.So können Sie die Leistung einer Idee mit relativ wenig Zeit und Geld testen.
Dieser Ansatz wurde von uns in einem Projekt verwendet, um die Möglichkeit des Wickelns von Stahlrohren auf einer Spule zu bewerten. Stahlrohre in Rollen werden häufig beim Bau und der Reparatur von Gas- und Ölquellen verwendet. Mit ihnen können Sie bei der Montage / Demontage des Bohrstrangs sparen. Diese Rohre werden in relativ kleinen Durchmessern von bis zu 100 mm hergestellt. Uns wurden folgende Fragen gestellt:
- Ist es möglich, Rohre in Spulen mit größerem Durchmesser herzustellen und an Kunden zu liefern, beispielsweise für den Bau lokaler Rohrleitungen, um Schweißkosten zu sparen?
- Welche maximalen Durchmesser und Wandstärken können bereitgestellt werden, aus welchen Stahlsorten?
- Wie viel Aufwand ist erforderlich, um ein solches Rohr auf- und abzuwickeln?
- Wir konnten all diese Fragen beantworten, indem wir ein Finite-Elemente-Modell erstellten, das den Wickelprozess simuliert und es uns ermöglicht, die Steuerparameter des Prozesses zu variieren.
Links - falsche Prozessparameter, lokaler Einsturz und Zerstörung des Rohres. Rechts - ein Rohr mit einem Durchmesser von 219 mm und einer Wandstärke von 6,5 mm wird auf eine Trommel mit einem Durchmesser von 4 Metern gewickelt.
Vor allem lieben wir Projekte über Explosionen und Zerstörung . Deshalb haben wir gerne ein Modell für die Polygontests von Rohren mit großem Durchmesser erstellt. Unternehmen, die Hauptgaspipelines betreiben, sind daran interessiert, dass im Notfall (Sie können Bilder und Videos für die Anfrage "Explosion an einer Gaspipeline" googeln) ein Rohrabschnitt mit einer Mindestlänge, der schnell repariert werden kann, ist zerstört.
Jetzt werden groß angelegte Feldversuche durchgeführt, um die Rissbeständigkeit von Rohren zu bewerten. Die Bedeutung ist einfach: Ein Abschnitt der Rohrleitung wird auf der Deponie zusammengebaut, ein hoher Druck wird darin erzeugt, eine geformte Ladung wird im zentralen Teil des Testabschnitts der Rohrleitung detoniert, die Länge des gebildeten Risses in jeder Richtung festgestellt wird.
Allgemeines Layout des Testbereichs
Leider waren die Testergebnisse immer schlecht vorhersehbar, da jetzt kein eindeutiger Zusammenhang zwischen den Laboreigenschaften des Rohrmetalls und dem Erfolg der Feldtests besteht. Um herauszufinden, ob die gewählte Stahlsorte geeignet ist, müssen wir schmelzen (mindestens 350 Tonnen Stahl), Bleche rollen, Rohre daraus herstellen, sie auf die Deponie bringen, und erst dann können wir das Ergebnis herausfinden.
Die Aufgabe der Modellierung besteht darin, ein Werkzeug zu erstellen, mit dem anhand von Labortests eines Stahlblechs das Ergebnis von Feldtests mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann.
Ergebnisse virtueller Tests. Abhängig von den mechanischen Eigenschaften des Rohrs kann sich der Riss linear ausbreiten oder zurückschleifen
Es ist uns gelungen, ein solches Werkzeug zu erstellen, und wir führen virtuelle Tests unserer stärksten X100-Stahlrohre für Hauptgaspipelines durch. Diese Rohre werden in Russland noch nicht verwendet. Darüber hinaus planen wir, eine Methode zur Berechnung der Beständigkeit von Rohren gegen Rissausbreitung auf der Grundlage von Labortests zu entwickeln und sie unseren Partnern und Kunden anzubieten.
Zu unseren Aufgaben gehören Berechnungen von Umformprozessen, die in der Eisenmetallurgie häufiger vorkommen. ... Berechnungen solcher Prozesse werden wahrscheinlich von jedem Studenten durchgeführt, der in einem Profilfach studiert. Viele Bücher und Dissertationen wurden geschrieben. Aus verschiedenen Gründen werden bei diesen Berechnungen häufig erhebliche Vereinfachungen und Annahmen verwendet, z. B. "zylindrische Rollen", "absolut starre Rollen", "der Standrahmen ist absolut starr", "die Rollengeometrie ist konstant".
Solche Vereinfachungen würden es uns nicht ermöglichen, ein weiteres Projekt durchzuführen - um das optimale Walzenprofil des Warmwalzwerkständers zu bestimmen, wodurch wir die Spannungen in der Walze und die Wahrscheinlichkeit eines Walzenversagens minimieren können. Deshalb in unserem Modell:
- die Geometrie und Funktionsweise des Standes entsprechen der Realität;
- das Bett ist verformbar;
- Rollen werden profiliert;
- die Walzen sind verformbar, eine Biegekraft wird auf die Arbeitswalzen ausgeübt;
- Der Verschleiß der Walzenoberfläche während der Walzkampagne wird berücksichtigt.
Modell des Standes eines Warmwalzwerks
Mit dem erstellten Werkzeug konnten die Belastungs- und Verschleißprozesse der Arbeitswalzen eines Warmwalzwerks detailliert untersucht und eine effizientere Profilierung entwickelt werden.
Spannungsverteilung in den Arbeitswalzen (links) und plastischen Verformungsbereichen (rechts) zu Beginn und am Ende der Walzkampagne
In den letzten Jahren haben die Reparaturabteilungen des Unternehmens und unserer Kunden eine Nachfrage nach einer Analyse der Prozesse des Geräteverschleißes durch entwickelt Massenmedien . Wir haben zusammen mit unserem Partner KADFEM CIS Pilotarbeiten zu diesem Thema in einem neuen Softwareprodukt namens Rocky durchgeführt.
Bei der Gewinnung von Mineralien werden häufig Muldenkipper mit hoher Tragfähigkeit eingesetzt, von denen jeder täglich Dutzende von Fahrten durchführt, darunter das Laden von Erz oder Abfallgestein, das Transportieren und Entladen. Die transportierten Schüttgüter sind stark abrasiv, daher ist die Muldenkipper-Karosserie von innen mit speziellen verschleißfesten Stählen ausgekleidet, müssen aber auch regelmäßig ausgetauscht werden.
Bergbauunternehmen sind daran interessiert, den Verschleiß der Auskleidung zu verringern und die Lebensdauer zu verlängern. Es gibt zwei Hauptmaßnahmen:
- die Verwendung von Materialien, die widerstandsfähiger gegen Verschleiß sind;
- Optimierung der Geometrie der Auskleidung und / oder Verwendung verschiedener Schemata, die die Art der Bewegung des Massenmediums über die Oberfläche verändern.
Um die Wirksamkeit der Verwendung verschiedener Stähle und geometrischer Lösungen zu bewerten, haben wir ein Modell des Körperbetriebsprozesses erstellt und entwickeln dieses. Parallel dazu transportiert ein Muldenkipper mit experimentellen Auskleidungselementen Tag für Tag Eisenerz und nähert sich dem Moment des Vergleichs der Berechnungs- und Versuchsergebnisse.
Der Prozess des Entladens von Gestein aus der Karosserie eines Bergbaukippers
Verteilung der Energie, die für den Verschleiß der Karosserie aufgewendet wird
Für diejenigen, die technische Informationen mögen, möchte ich Sie darüber informieren, dass wir SIMULIA Abaqus, Ansys CFD, Autoform-Software, Dell- und Lenovo-Abwicklungsstationen verwenden, von denen die neuesten 64 Kerne und 256 GB RAM haben. Der optische 3D-Scanner war praktisch. Um die physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Materialien zu bestimmen, nutzen wir unsere eigenen Labors und Labors unserer Partner, wir teilen aktiv Materialdaten mit unseren Kunden. Ein Projekt kann eine Stunde bis zu mehreren Monaten dauern.
Wir haben noch viele verschiedene Projekte in Arbeit und in Plänen. Ihr Feedback und Ihre Kommentare helfen uns, häufiger zu schreiben und bieten interessante Informationen mit Abbildungen.