Модель Concordia University ускорила расчет напряжений в металле в 6 раз

Исследователи из Университета Конкордия разработали трехмерную расчетную модель, позволяющую определять поля напряжений и деформаций в зонах концентрации нагрузки металлических деталей примерно в шесть раз быстрее подробных численных методов, сообщает knowridge.com knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗. Работа группы под руководством Айхана Инса опубликована в журнале Theoretical and Applied Fracture Mechanics и протестирована на компьютерной модели стального образца.

Концентраторы напряжений, такие как выточки, отверстия и пазы, характерны для несущих элементов транспорта, валов и авиационных узлов knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗. Под воздействием переменных циклических сил — растяжения, изгиба и кручения — усталостные повреждения развиваются в объеме материала, окружающем дефект. Стандартные подробные нелинейные расчеты требуют значительных вычислительных мощностей, что сдерживает перебор конструктивных вариантов на ранних стадиях проектирования.

Сравнение скорости вычислений

Новый аналитический комплекс объединяет несколько механических моделей для трехмерной оценки полей деформаций и напряжений в окрестности концентраторов при изменяющихся во времени нагрузках knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗. В ходе контрольного сопоставления расчет параметров для стального бруса с надрезом занял 4,5 минуты knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗. Нелинейное моделирование аналогичного процесса методом конечных элементов продолжалось 28 минут knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Такое сокращение времени позволяет инженерам проверять больше вариантов геометрии, режимов нагружения и свойств сплавов в рамках заданного лимита вычислительных ресурсов knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Границы применимости методики

Показанное шестикратное ускорение относится к конкретному начальному расчетному случаю и не является универсальным коэффициентом для конструкций любого масштаба knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗. На текущем этапе валидация ограничена сопоставлением с детальной численной моделью для одного типа стали, одной формы бруса и трех режимов нагружения knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.

Физические лабораторные эксперименты и испытания других сплавов или сложных геометрий еще предстоят knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗. Авторы подчеркивают, что модель пока не рассчитывает полный ресурс реальных промышленных деталей, а служит промежуточным инструментом между упрощенными поверхностными оценками и ресурсоемкими объемными расчетами knowridge.comknowridge.comknowridge.comОткрыть источник ↗.