Одна из главных задач современной логистики –доставить груз в самые одоленные уголки мира вовремя и в надлежащем качестве. Суровые северные широты не являются исключением, однако здесь автотехника подвергается особым нагрузкам. Запредельно низкие температуры обязывают к тому, чтобы рамы модульных прицепов и полуприцепов, перевозящих тяжелые грузы, были изготовлены из высокопрочной стали. Сегодня ученые Южно-Уральского государственного университета нашли решение транспортных задач в условиях Сибири и Крайнего Севера.
Суперкомпьютер ЮУрГУ для создания 3D-моделей
Иван Ильин, аспирант кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» Политехнического института ЮУрГУ исследует высоконагруженные рамные конструкции, которые используются для перевозки древесины в северных регионах нашей страны. Цель проекта – модернизировать конструкции с применением современного суперкомпьютерного моделирования, учитывая особые климатические условия. По результатам конкурса «Научный потенциал» в рамках Проекта 5-100 исследование молодого ученого по изучению напряженно-деформированного состояния высоконагруженных рамных конструкций вошло в число лучших работ.
«На сегодняшний день срок эксплуатации таких конструкций составляет от 3 до 5 лет. При этом, начиная с первого года, данные конструкции приходится ремонтировать. Предприятие-изготовитель несет большие затраты из-за возврата продукции, которая не выдерживает экстремальных условий эксплуатации», – рассказывает Иван Ильин.
Для создания 3D-модели рамы полуприцепа используются программный пакет SolidWorks, который обеспечивает разработку изделий любой степени сложности, а анализ напряженно-деформированного состояния рамной конструкции выполняется с использованием программного комплекса ANSYS с помощью суперкомпьютера.
«На первом этапе перед нами стояла задача с помощью программного комплекса ANSYS разработать конечно-элементную модель рамы полуприцепа, максимально отражающую ее конструктивные особенности. Затем создается макромодель с «грубой» сеткой, по которой производится расчет, далее выделяется исследуемая микрообласть для которой генерируется «мелкая сетка». С помощью стандартной процедуры ANSYS граничные условия микрообласти задаются на узлах «грубой» сетки, производится решение задачи и определяются напряжения и деформации», – объясняет аспирант.
Использование суперкомпьютера в исследовании является одним из главных конкурентных преимуществ, так как расчет моделей и математических зависимостей занимает массу времени. Применение суперкомпьютера позволяет сократить период решения задачи, повысить детализацию моделей и точность расчетов за счет увеличения количества элементов и узлов.
Сварочный робот – в помощь
Огромное значение ученые ведущего вуза Евразии придают вопросам свариваемости новых марок сталей.
«Если раньше в основном использовались низкоуглеродистые и низколегированные марки стали с пределом прочности до 500 МПа, как правило, обладающие хорошей свариваемостью, то при сварке высокопрочных сталей довольно часто в сварных соединениях возникают трещины и соединения разрушаются до эксплуатации. Качественные соединения для таких материалов удается получить лишь в очень узких диапазонах режимов сварки», – поясняет Иван Александрович.
Экспериментальная часть исследования осуществляется в лаборатории автоматизированных и роботизированных способов сварки ЮУрГУ. Лаборатория оснащена современным оборудованием, в том числе, сварочным роботом FANUC с универсальным автоматическим манипулятором и программным управлением.
«Сейчас мы проводим эксперименты на небольших образцах, так как длина рамной конструкции 12 м, заварить ее полностью – очень дорого и трудозатратно. На контрольных образцах производится аттестация технологии. В будущем аттестованная технология переносится на натурные изделия с соблюдением определенных правил», – делится планами аспирант ЮУрГУ.
Результаты исследования Ивана Ильина, которое он проводит под руководством Михаила Иванова, кандидата технических наук, заведующего кафедрой «Оборудование и технология сварочного производства», можно применять не только на высоконагруженных рамных конструкциях, но и на любых изделиях, где есть сварные соединения из данных марок сталей. Например, для мостов, резервуаров и других конструкций ответственного назначения. Статья молодого ученого, посвящённая технологии сварки стали, уже опубликована в журнале Procedia Engineering, который индексируется в международной базе Scopus.
В планах Ивана Ильина посетить европейские страны, чтобы познакомиться со специалистами, которые занимаются исследованием напряженно-деформированных состояний сварных соединений, и посмотреть, как коллеги решают аналогичные задачи. Южно-Уральский государственный университет предоставляет возможность зарубежных стажировок для студентов и молодых ученых по программе Erasmus + и в рамках Проекта 5-100.