CC BY
23Математические методы моделирования, управления и анализа данных.
УДК 629.78.051
А. А. Хвалько, В. Г. Бутов, С. Б. Сунцов, А. А. Ящук
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
КОМПЛЕКС МЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И ПРОБЛЕМА АДЕКВАТНОСТИ РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ БОРТОВОЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
Рассматриваются вопросы создания пакета прикладных программ для проведения механического анализа расчетных моделей бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов, а также алгоритм упрощения данных моделей и оценка их адекватности.
При конструировании и проведении различных расчетов (анализов) сложной наукоемкой продукции, в том числе бортовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) космического назначения, активно используется метод конечных элементов, представляющий собой прямой вариационный метод, приспособленный для расчета сложных нерегулярных моделей [1].
Непрерывный прогресс в области вычислительной техники провоцирует создание все более подробных моделей, размерность которых достигает величины порядка 105 неизвестных. Учитывая данную тенденцию, при расчете моделей сложной конфигурации вычислительные аспекты остаются факторами, существенно ограничивающими адекватность полученных результатов.
Для решения подобных проблем в ОАО «ИСС» был разработан аппаратно-программный комплекс (АПК) механического анализа (МА) бортовой РЭА, предназначенный для определения собственных частот, эффективных масс, напряженно-деформированного состояния данных объектов при воздействии линейного ускорения, синусоидальной и широкополосной случайной вибрации, ударов. Объектами анализа являются упрощенные конечно-элементные модели бортовой радиоэлектронной аппаратуры, учитывающие наличие печатных плат с ЭРИ.
Основной частью созданного АПК является САЕ-система АШУ8 [2] и разработанная программа «Ме-ханализ БА». Для решения поставленных задач был проведен анализ унифицированных конструкций бортовой РЭА на предмет их упрощения и реализации в виде расчетной модели. АПК предусматривает следующие алгоритмы в упрощении конструкций:
- упрощение трехмерных моделей конструктивных элементов бортовой РЭА;
- автоматическое формирование расчетных моделей бортовой РЭА с размещенными весовыми имитаторами ЭРИ.
Упрощение конструктивных элементов проходит по двум направлениям: первое - понижение размерности задачи; второе - отбрасывание несущественных деталей. В результате преобразований выбранная конструкция была представлена с помощью балочных элементов ВЕАМ188 (рамка) и ВЕАМ188 (вспомогательные элементы), оболочечных элементов 8ИЕЬЬ181 (основание). Результат упрощения трех-
мерных моделей показан на рис. 1. Далее автоматически строится модель всей выбранной бортовой РЭА, состоящей из 16 блоков (рис. 2).
Рис. 1. Упрощенная модель блока
Рис. 2. Упрощенная модель бортовой РЭА
Для включения имитаторов ЭРИ в модель бортовой РЭА, разработан специализированный алгоритм, формирующий файл APDL (ANSYS Parametric Design Language - встроенный алгоритмический язык программирования), позволяющий автоматизировать отдельные трудоемкие процедуры моделирования. Данный алгоритм вместо ЭРИ использует элементы сосредоточенной массы, а не соответствующее увеличение плотности материала элементов рамки, как в аналогичных расчетных комплексах. Также для адаптации данного АПК под конечного пользователя, создан дружественный интерфейс и база данных унифицированных конструкций бортовой РЭА [3].
Для оценки адекватности упрощенной модели бортовой РЭА проводился расчет собственных частот одного из блоков и последующее сравнение полученных результатов с экспериментальными значениями.
Решетневские чтения
Разработанный АПК позволяют разработчику достаточно быстро подготовить данные, необходимые для проведения МА. Приведенная схема оценки адекватности моделей подтверждает правильность выбранных методов упрощения расчетных моделей бортовой радиоэлектронной аппаратуры. Проведенная работа показала эффективность выбранного пути решения проблем взаимодействия конструктора с САЕ-системой, вследствие чего работы по данному направлению продолжаются.
Библиографические ссылки
1. Математическое моделирование радиоэлектронных средств при механических воздействиях / Ю. Н. Кофанов [и др.]. М. : Радио и связь, 2000.
2. Каплун А. Б., Морозов Е. М., Олферьева М. А.
в руках инженера: практическое руководство. М. : Едиториал УРСС, 2003.
3. Хвалько А. А., Бутов В. Г. // Современные проблемы радиоэлектроники : сб. науч. тр. Красноярск : ИПК СФУ, 2009.
А. А. Hvalko, V. G. Butov, S. B. Suntsov, А. А. Yaschuk Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
THE MECHANICAL ANALYSIS COMPLEX AND PROBLEM OF ADEQUACY OF ONBOARD CEA SETTLEMENT MODELS
The issues of creation of a package of applied programs for carrying out of the mechanical analysis of settlement models onboard CEA space vehicles, the algorithm of the given models simplification and their adequacy estimation are considered.
© Хвалько А. А., Бутов В. Г., Сунцов С. Б., Ящук А. А., 2010
УДК 519:548
А. С. Челушкин, Р. Н. Васильева Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия, Уфа
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Представлен процесс получения монокристаллических лопаток методом высокоскоростной направленной кристаллизации. Рассмотрены теоретические процессы затвердевания плоской отливки, при этом в анализ кристаллизации включена зона кластеров.
Практика изготовления лопаток показала, что в отливках обнаруживаются различные дефекты: микропоры в междендритном пространстве, ликвация, «паразитные зерна», разориентация угла между денд-ритами первого порядка и вертикальной осью отливки. Они возникают из-за невозможности управления процессом на микроуровне, что связано с недостаточным уровнем знаний о процессе кристаллизации монокристалла. Растущие требования к совершенству кристалла требуют более точных и изученных технологических процессов, в которых получение структуры требуемого качества гарантировано.
Общей особенностью большинства процессов получения монокристаллических лопаток является погружение залитой сплавом формы в жидкометалличе-ский охладитель (ЖМО). Математическое описание этого процесса основывается на уравнениях тепло- и массопереноса, записываемых во всех зонах и граничных условиях на поверхностях раздела зон. При этом в зоне, предшествующей границе погружения, поддерживается температура порядка температуры заливки. В зоне ниже границы погружения стараются удерживать температуру, равную исходной температуре ЖМО. Такая схема позволяет рассматривать
температурное поле как одномерное, разделив его на качественно определенные зоны.
При затвердевании традиционно принято рассматривать три зоны: жидкую, зону кристаллизации и затвердевшую. Однако растущие требования к совершенству кристалла и теоретические разработки в области жидких металлов позволяют включить в анализ кристаллизации четвертую зону - зону кластеров (рис. 1). В соответствии с кластерной моделью жидких расплавов [1] структурными составляющими жидкости считаются разобщенные кластеры, обладающие хаотической атомной структурой.
Рис. 1. Схема зон
