ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И

МЕХАНИКИБАЗОВЫЙ ЦЕНТР ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Образовательная программа дополнительного профессионального образования (повышения квалификации):

«Современный инженерный анализ с использованием CAE-систем на примере

программного комплекса ANSYS»

Содержание презентации: Информация о «Базовом Центре Проектирования» Информация о программе повышения квалификации Опыт «Базового Центра Проектирования» в проведении НИОКР в интересах предприятий реального сектора экономики


МЕХАНИКИ

Базовый Центр Проектирования

Решение задач, включающих анализ прочностных, теплофизических, электромагнитных, акустических, гидрогазодинамических и др. характеристик различных устройств Инженерный консалтинг для юридических и физических лиц, осуществляющих инновационные разработки, выполнение договорных работ, ОКР, НИОКР.Проведение обучающих школ-семинаров в области проектирования инновационных разработок Обучение специалистов пользованию современными инструментами проведения инновационных работ - программными продуктами САПР и инженерного анализа конструкций и процессов (CAD/CAE – системы)

Основной целью БЦП является - применение программных продуктов современного инженерного анализа (CAD/CAE-систем) для поддержки проектных работ, выполняемых в высокотехнологических организациях. Применение CAD/CAE-систем позволяет за счет замены экспериментальной отработки изделий их компьютерными моделями:• снизить затраты на проектирование• существенно уменьшить сроки проектирования• использовать больше возможностей по оптимизации изделий.

Необходимые условия, имеющиеся в БЦП для эффективного применения CAD/CAE-систем:• наличие профессиональных лицензионных программных пакетов• наличие высококвалифицированных специалистов, обладающих знаниями в области математики, физики, техники• большой опыт проведения работ с использованием CAD/CAE-систем

Базовый центр проектирования

Оборудование БЦП1. Рабочие станции: 6-ти ядерный процессор (12 потоков) Intel Core i7-3930k 3.2 ГГц, 64 Гб ОЗУ, проф. видеоадаптер Nvidia Quadro 4000, HDD 5 Тб, два монитора, производительность в тесте Linpack 73 ГФлопс.2. Cерверы Supermicro: десять 8-ми ядерных процессоров (160 потоков) Intel Xeon E7-8870 2.4 ГГц, 512 Гб ОЗУ, проф. видеоадаптер Nvidia Quadro 2000, HDD 5 Тб, производительность в тесте Linpack 350 ГФлопс.3. Вычислительные станции с графическим ускорителем (GPU): 6-ти ядерный процессор (12 потоков) Intel Core i7-3960X 3.3 ГГц, 64 Гб ОЗУ, 3 шт. GPU Nvidia Tesla C2075, HDD 5.5 Тб.4. Широкоформатное (А0) цветное МФУ (плоттер Canon iPF825 + сканер Contex SD4420 mfp).

Программное обеспечение - лицензионные пакеты:AutoCAD, Inventor, SolidWorksANSYS Multiphysics (полные версии 11 и 13), LS-Dyna, AutoDyn, CivilFEM , ANSYS CFX, Fluent, GRASP, FEKO, Ansoft Designer

Базовый центр проектирования

Пакеты программ

Гидро- и газодинамика

- внутренняя гидрогазодинамика (течения в трубопроводах, каналах произвольной формы)

- внешняя гидрогазодинамика (ветровое воздействие на здания, наземные антенны, нагрузки на гидротехнические объекты)

- вращающиеся машины (турбины, насосы, вентиляторные установки, центрифуги)

- горение (промышленные горелочные устройства, моделирование пожаров)

- многокомпонентные течения (течения с примесями, смешение газов, выбросы вредных веществ в атмосферу)


Прочностной анализ:- Напряженно-деформированное состояние конструкции- Уточненный расчет зон концентрации напряжений- Определение собственных частот конструкции- Расчет предельного числа циклов работы, прочность при циклическом нагружении- Устойчивость конструкций- Нелинейные свойства материалов (пластичность, текучесть, разрушение)- Геометрическая нелинейность (большие перемещения)

Динамический анализ: вибрационное воздействие, ударное взаимодействие, сейсмика, случайные воздействия- Моделирование процессов формообразования (прокат, штамповка)

Анализ тепловых процессов: теплопроводность, конвективный, радиационный теплообмен, фазовые превращения

Сопряженные задачи тепломассообмена и прочности

AutoDyn


Электромагнитные решенияЭлектродвигатели, реле, соленоиды и проектирование магнитовПроектирование микроволновых устройств, радиочастотная микроэлектромеханика (RF MEMS)

Электромагнитное рассеяние на объектах любой сложности (системы антенн, здания) с использованием теорий физической и геометрической оптики

GRASP

FEKO

Строительство- Промышленные здания, высоко возвышающиесяздания и спортивные сооружения- Мосты (подвесные, вантовые и т.д.)- Сейсмические расчеты- Атомные, ветровые и тепловые электростанции- Преднапряженные и нелинейные бетонные конструкции- Фундаменты (плиты, сваи, стены и т.д.)- Дамбы (бетонные, земляные и т.д.)- Вантовые конструкции, специальные здания и т.д.

Нефтегазовая отрасль

ОАО «Центрсибнефтепровод» (дочернее предприятие ОАО "АК "Транснефть")

ООО «Пожнефтехим»

ООО «ДВАГИС 2002»

Приборостроение

ООО НПФ «Микран»

НПЦ «Полюс»

Угольная отрасль

ЗАО «Дальтрансуголь» (дочернее предприятие ОАО «СУЭК»)

Предприятия-заказчики

Аэрокосмическая отрасль

ОАО «"Информационные Спутниковые Системы" им. академика М.Ф. Решетнёва»

ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина"

Атомная отрасль

ООО «Атомпромресурсы»

ОАО «Сибирский химический комбинат»

ОАО «Ангарский Электролизный Химический Комбинат»

ОАО «ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара»

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ И МЕХАНИКИ

БАЗОВЫЙ ЦЕНТР ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Образовательная программа дополнительного профессионального образования (повышения квалификации) :

«Современный инженерный анализ с использованием CAE-систем на примере программного комплекса ANSYS»

УГС, направление повышения квалификации: 151600 Прикладная механика, 223200 Техническая физика

Приоритетное направление модернизации и технологического развития экономики России:Развитие транспортных и космических систем

Продолжительность: 72 часа



Цель: формирование компетенций слушателей в области использования современных программных продуктов инженерного анализа

Задачи, решаемые при обучении:1. Дать сведения о теоретических основах и возможностях современных CAE-систем.2. Обучить слушателей начальным навыкам и эффективным приемам работы с программным комплексом ANSYS на следующих задачах: статический и динамический прочностной анализ, нелинейные задачи, задачи теплообмена.3. Обеспечить возможность практической работы с использованием лицензионного программного обеспечения, установленного не только на персональные компьютеры, но и на высокопроизводительные вычислительные средства.



Лица, прошедшие повышение квалификации, будут:

Знать: основные элементы теоретических основ механики сплошной среды и механики деформируемого твердого те-ла; основы метода конечных элементов.

Уметь: решать задачи статического и динамического теплового и прочностного анализа технических устройств, критически оценивать результаты компьютерного моделирования и определять направления оптимизации конструкции изделий.

Владеть: основными приемами математического моделирования, программным комплексом ANSYS для решения задач инженерного анализа.



Объем программы и виды учебной работы

Вид учебной работы Всего часов

Общий объем программы 76

Лекционные занятия 14

Лабораторные и практические занятия 56

Самостоятельная работа, включая работу по подготовке к промежуточному и итоговому контролю

0

Текущий /промежуточный контроль 2

Выполнение итоговой / выпускной аттестационной работы 4

Программа содержит два модуля: 1. Основы прочностного и теплового инженерного анализа. 2. Применение комплекса ANSYS в проектировании технических устройств.



Содержание модуля «Основы прочностного и теплового инженерного анализа»:

Раздел 1. Основы механики сплошных сред и теплофизикиТема 1.1. Основы механики деформируемых тел. Описание деформированного состояния тела.Тема 1.2. Описание напряженного состояния тела. Система уравнений для описания напряженно-деформированного состоянияТема 1.3. Основы теплопроводности твердых тел

Раздел 2. Метод конечных элементов – основа САЕ-системТема 2.1. Обзор возможностей современных CAE-систем.Тема 2.2. Основные положения, необходимые для дискретизации исходных уравнений. Преобразование уравнений.

Раздел 3. Описание программного комплекса ANSYSТема 3.1. Интерактивный и пакетный режимы работы. Параметры командной строки. Основные стадии решения задачи.Тема 3.2. Препроцессорная подготовка. Приложение нагрузок и получение решения.Тема 3.3. Постпроцессорная обработка. Отображение и анализ результатов расчетов.



Содержание модуля «Основы прочностного и теплового инженерного анализа» (продолжение):

Раздел 4. Статический прочностной анализ.Тема 4.1. Основные типы и имена элементов.Тема 4.2. Построение геометрической модели.Тема 4.3. Разбиение на конечные элементы. Определение напряженно-деформированного состояния.

Раздел 5. Тепловой анализ.Тема 5.1. Виды теплообмена. Типы конечных элементов.Тема 5.2. Построение модели.Тема 5.3. Задание граничных условий. Стационарные задачи теплообмена.Тема 5.4. Нестационарный анализ. Тема 5.5. Радиационный теплообмен.Тема 5.6. Решение учебной задачи.


БАЗОВЫЙ ЦЕНТР ПРОЕКТИРОВАНИЯСодержание модуля «Применение комплекса ANSYS в проектировании

технических устройств»:Раздел 1. Динамический прочностной анализ.Тема 1.1. Типы динамического анализа. Коэффициент демпфирования.Тема 1.2. Модальный анализ.Тема 1.3. Гармонический анализ.Тема 1.4. Спектральный анализ.Тема 1.5. Полный переходный анализ.Тема 1.6. Решение учебной задачи.Раздел 2. Нелинейный анализ.Тема 2.1. Геометрическая и физическая нелинейность.Тема 2.2. Пластичность, гиперупругость, ползучесть.Тема 2.3. Особенности решения нелинейных задач. Процедура рестарта.Тема 2.4. Контактные задачи. Решение учебной задачи.Раздел 3. Организация решения задач на суперкомпьютере.Тема 3.1. Организация доступа к кластеру. Варианты распараллеливания.Тема 3.2. Запуск ANSYS на кластере. Решение учебной задачи.Раздел 4. Практическая работа – решение индивидуальной задачи слушателя.Тема 4.1. Постановка задачи.Тема 4.2. Построение геометрической и конечно-элементной модели.Тема 4.3. Решение и анализ результатов.



Содержание модуля «Основы прочностного и теплового инженерного анализа» (продолжение):

Раздел 4. Статический прочностной анализ.Тема 4.1. Основные типы и имена элементов.Тема 4.2. Построение геометрической модели.Тема 4.3. Разбиение на конечные элементы. Определение напряженно-деформированного состояния.

Раздел 5. Тепловой анализ.Тема 5.1. Виды теплообмена. Типы конечных элементов.Тема 5.2. Построение модели.Тема 5.3. Задание граничных условий. Стационарные задачи теплообмена.Тема 5.4. Нестационарный анализ. Тема 5.5. Радиационный теплообмен.Тема 5.6. Решение учебной задачи.


МЕХАНИКИБАЗОВЫЙ ЦЕНТР ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Опыт решения инженерных задач для предприятий реального сектора экономики

Проведенные работы

Моделирование активаторной машины

Заказчик: ОАО ЦентрсибнефтепроводЗадачи: комплексное моделирование активаторной машины для подтверждения проектных параметров и выбора оптимальных режимов работыСрок исполнения: 1 месяц


Моделирование и расчет шахтного вентилятора

Заказчик: ОАО ТЭМЗ Задачи: определение характеристик шахтного вентилятора при различных режимах работы (с использованием предоставленной CAD-модели)Срок исполнения: 1 месяц


Расчета гидравлической цепи смесителя-дозатора БДП-10000г/5000г/3000г Общий вид смесителя

Схема калибровочной диафрагмы в боковом

потоке

Коэффициент смешения

Заказчик: ОАО ЦентрсибнефтепроводЗадачи: подбор диафрагмы для достижения постоянного коэффициента смешения в заданном диапазоне расходовРезультаты: значительно сокращена экспериментальная отработкаСрок исполнения: 1 месяц

1 2

3

4 5

6

7

8

9

вода

пен

ообразовател

ь


Расчет гидравлической схемы бака-дозатора БДП-17000В

Гидравлическая схема Левый бак (D-19.0; K=3-4%)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

Q,л/c

K,%

Эксп. данные

Расчет. данные

Экстраполяция(расчет)

Экстраполяция(опыт)

расход

коэф.смешения

Сравнение расчетных характеристик с экспериментом

Заказчик: ООО «Пожнефтехим»Задачи: выбор гидравлической схемы для достижения постоянного коэффициента смешения в заданном диапазоне расходовРезультаты: значительно сокращена экспериментальная отработкаСрок исполнения: 1 месяц

Z

X


Анализ сейсмостойкости сдвоенного бака-дозатора БДП-17000В

Макс. напряжения

КЭ модель

Макс. смещения

Заказчик: ООО «Пожнефтехим»Задачи: подтверждение сейсмостойкости расчетным методом по ГОСТ-30546.1-98Результаты: по результатам расчетов усилены некоторые детали конструкцииСрок исполнения: 1 месяц

Амплитудно-частотная характеристика (при

воздействии по оси Х)

2ñåê*100 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0.5

0-0.5

-1Проведенные работы

Анализ сейсмостойкости сдвоенного бака-дозатора БДП-17000В (расчет по акселерограмме)

График смещений по времени (фрагмент)

Акселерограмма

Места установки виртуальных «датчиков»

График максимальных напряжений по времени

Расчет НДС понтона

Конечно-элементная модель

Результаты расчета напряженного состояния при избыточном

давлении 0.4 атм

Заказчик: ООО ДВАГИС 2002 Задачи: математическое моделирование понтона с целью определения его эксплуатационных характеристик Результаты: подтверждены заявленные технические характеристикиСрок исполнения: 2 недели



Прочностной и сейсмический расчет герметизатора «Кайман»


Результаты расчета при давлении 3 атм

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5

давление, атм

см

ещ

ен

ие,

мм

Зависимость смещения сердечника от давления в трубе

Заказчик: ОАО ЦентрсибнефтепроводЗадачи: моделирование поведения герметизатора при различном давлении в нефтепроводеРезультаты: подтверждены заявленные технические характеристикиСрок исполнения: 2 недели Напряжения при действии

линейного ускорения


Моделирование зонтичного рефлектора(комплексный анализ конструкции)

ЗаказчикОАО «ИСС им. акад. М.Ф. Решетнёва»Задача: определение оптимальных характеристик натяжения вантСрок исполнения: 12 месяцев


прототип

Напряжения в конструкции


Исследование НДС рефлектора антенны при воздействии ветровой нагрузки

Статический анализ всей конструкции при различных нагружениях

Подробный расчет наиболее нагруженных элементов

Модальный анализ и оценка влияния динамических эффектов

Заказчик: ООО НПФ «Микран» Задача: подтверждение работоспособности рефлектора при ветровых нагрузках (до 100 м/с)Срок исполнения: 1 месяц


Анализ сейсмостойкости мобильных емкостей для нефтепродуктов

Давление жидкости

при землетрясении

Напряжения в элементах конструкции

Заказчик: ООО «Двагис»Задачи: подтверждение сейсмостойкости расчетным методом по ГОСТ-30546.1-98Результаты: по результатам расчетов усилены некоторые детали конструкцииСрок исполнения: 3 месяца

Макс.напряжения в стойках


Анализ сейсмостойкости ряда устройств для ГХК

КЭ модель

Заказчик: ООО «Атомпромресурсы»Задачи: подтверждение сейсмостойкости расчетным методом по НП-031-01 и ГОСТ-30546.1-98Результаты: сейсмостойкость подтвержденаСрок исполнения: 3 месяца


Анализ сейсмостойкости ряда устройств для ГХК

КЭ модель

Заказчик: ООО «Атомпромресурсы»Задачи: подтверждение сейсмостойкости расчетным методом по НП-031-01 и ГОСТ-30546.1-98Результаты: сейсмостойкость подтвержденаСрок исполнения: 3 месяца

Напряжения при расчете по акселерограмме

КЭ модель

CAD модель

Эквивалентные напряжения


Моделирование физико-химических процессов в химических реакторах


Моделирование физико-химических процессов в химических реакторах

Заказчик: ОАО «Ангарский Электролизный Химический Комбинат»Результаты: проведено математическое моделирование двухфазного потока газа в реакторе с учетом реагирующих частиц• получены характеристики аэродинамических и химических процессов в реакторе и рабочей зоне установок улавливанияСрок исполнения: 6 месяцев


Моделирование процесса спекания топливной таблетки

Заказчик: ОАО «ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара» Срок исполнения: 12 месяцев

0 2 4 6 8 10 120

5

10

15

Время, ч

Пл

отно

сть,

г/с

м3

0 2 4 6 8 10 120

1000

2000

3000

Тем

пера

тура

, К

0 2 4 6 8 10 120

1000

2000

3000

Тем

пера

тура

, К



Заказчик: ОАО «ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара» Срок исполнения: 12 месяцев




Исследование напряженно-деформированного состояния причала

Геометрическая модель конструкции с учетом грунта

Заказчик: ЗАО «Дальтрансуголь»Результаты: • проведено комплексное моделирование конструкции пирса• математическая модель привязана к показаниям датчиков смещений и деформаций • создана система мониторинга причалаСрок исполнения: 1 год


Система мониторинга состояния причала

• восстановление напряжений и смещений всей конструкции по показаниям датчиков • работа в режиме реального времени• анализ архивных данных• экспертиза запаса прочности• отправка штатных и тревожных оповещений по электронной почте

Заказчик: ОАО «ИСС им. акад. М.Ф. Решетнёва»Функционал программного комплекса:•компоновка конструкции на основе типовых узлов •отслеживание массогабаритных характеристик•расчет температурных полей блоков и модулей •расчет температурных деформаций •расчет зон обзора оптических систем ориентации


Интегрированная Многоуровневая Система «Градиент»

Заказчик: ОАО «ИСС им. акад. М.Ф. Решетнёва»Функционал программного комплекса:•компоновка конструкции приборов на основе типовых деталей (несущие конструкции, платы, электрорадиоизделия)•интеграция в существующую инфраструктуру производства •автоматизация механического анализа приборов и блоков •отслеживание критериев разрушения


Аппаратно программный комплекс механического анализа бортовой радиоаппаратуры

Анализ на уровне радиодетали

Анализ на уровне прибора


Аппаратно программный комплекс механического анализа бортовой радиоаппаратуры

Архитектура программного комплекса


Расчета рабочей части гидромонитора

Режим максимального

распыления

Схема рабочей части гидромонитора

Режим максимальной

дальности

Заказчик: ОАО Центрсибнефтепровод Задача: выбор оптимальной проточной части для обеспечения необходимого расхода в двух режимах работыСрок исполнения: 1 месяц

Documents

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ