CC BY
12Решетневскце чтения
УДК 62-19
Ю. П. Похабов, С. В. Доронин
Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука» Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск
ТРЕБОВАНИЯ К ЭКСПЕРТИЗЕ РАСЧЕТОВ НА ПРОЧНОСТЬ ОБЪЕКТОВ НОВОЙ ТЕХНИКИ
Выполнено обоснование требований, обеспечивающих адекватность проектных расчетов на прочность технических объектов на базе численных методов анализа конструкций. Сформулирована методика проведения научно-технической экспертизы системы проектных расчетов.
Современные тенденции развития объектов новой техники сталкиваются с противоречиями между повышением требований обеспечения безопасности технических систем, исчерпанностью многих традиционных конструктивно-технологических и инженерных решений и высоким уровнем развития современных технологий численного решения задач по оценке напряженно-деформируемого состояния (НДС). В связи с этим важное значение приобретает проведение внешней комплексной научно-технической экспертизы разрабатываемых объектов новой техники силами ведущих специалистов академических и отраслевых институтов с учетом накопленных фундаментальных и прикладных знаний и опыта в области проектирования технических систем.
В работе предлагается один из возможных вариантов обоснования требований к экспертизе расчетов на прочность как обязательной части системы проектных расчетов.
Как известно, численные, в частности, конечно-элементные, расчеты прочности преобладают при разработке силовых конструкций новой техники, привнося в инженерную практику как несомненные преимущества, так и новые опасности, не всегда осознаваемые инженерами. Источники этих опасностей связаны с заменой классических расчетных схем, основанных на аналитических моделях и методах деформируемого твердого тела, численными расчетными схемами, основанными на конечно-элементной дискретизации технического объекта.
Рассмотрим принципиальный подход к установлению указанных опасностей и возможностей, их устранения при проведении научно-технической экспертизы, который сводится к следующим процедурам.
1. Анализ физико-технических процессов и явлений, протекающих в рассматриваемом техническом объекте и приводящих к появлению геометрических, физических, структурных нелинейностей.
2. Анализ конструкторской документации с целью поиска потенциальных источников НДС монтажного, термического и технологического происхождения, для которых не могут быть получены достоверные количественные оценки для их учета в расчетной схеме. Разработка технических предложений по их регламентированию или устранению [1-3].
3. Определение источников и характера действия внешних нагрузок и воздействий, обоснование расчетных случаев нагружения. Оценка полноты и обоснованности случаев нагружения, фактически учтен-
ных при проектировании. Оценка правильности граничных условий конечно-элементной модели и их полного соответствия условиям опирания и нагруже-ния реальной конструкции.
4. Экспертная оценка НДС элементов конструкций с использованием таких аналитических расчетных схем механики деформируемого твердого тела, которые обеспечивают заведомо завышенные и заниженные оценки. Целью этой процедуры является определение области существования результата, ограничиваемой физически возможными минимумом и максимумом.
5. Установление комплекса механических свойств конструкционных материалов. Оценка соответствия их фактически принятым при проектировании свойствам и моделям поведения материалов. Опасность принятия при проектных расчетах неверных решений по выбору моделей поведения материалов обусловлена большим количеством известных моделей термо-, вязко-, упруго-пластичности [4], содержащихся в базах данных современных пакетов конечно-элементного анализа, и отсутствием практических рекомендаций по их выбору при инженерном проектировании.
6. Установление характера и особенностей деформирования элементов конструкции и примененных для их дискретизации типов конечных элементов. В этом случае оценивается адекватность выбранной математической модели деформирования сплошной среды, использованной при построении матрицы жесткости конечного элемента принятого типа.
7. Оценка качества дискретизации конструкции системой конечных элементов. Это предполагает анализ результатов сходимости численных решений при варьировании параметров сетки конечных элементов в зонах высоких градиентов напряжений и деформаций.
Очевидно, по мере накопления опыта и результатов научно-технической экспертизы могут быть сформулированы дополнительные требования к последовательности и составу ее процедур. В связи с этим предложенная в таком составе методика является открытой для развития с перспективой быть положенной в основу нормативного документа, регламентирующего проведение экспертизы объектов новой техники.
Таким образом, проведение научно-технической экспертизы в соответствии с предлагаемой методикой позволяет не только избежать непреднамеренных
Математические методы моделирования, управления и анализа данных
ошибок при разработке конструкторской документации, но и совершенствовать навыки владения современными конечно-элементными пакетами анализа конструкций.
Библиографические ссылки
1. Способ закрепления изделий : пат. 2230945 Рос. Федерация. МПК F16B 1/00 / Похабов Ю. П., Грине-вич В. В. № 2002113143/11 ; заявл. 18.05.2002 ; опубл. 20.06.2004. Бюл. № 17.
2. Способ закрепления изделий статически неопределимой системой связей : пат. 2125528 Рос. Федерация. МПК B64G 1/44, B64F 5/00 / Похабов Ю. П.,
Наговицин В. Н.. № 5067373/28 ; заявл. 29.09.1992 ; опубл. 27.01.1999. Бюл. № 3.
3. Сагалевич В. М., Савельев В. Ф. Стабильность сварных соединений и конструкций. М. : Машиностроение, 1986.
4. Гецов Л. Б., Мельников Б. Е., Семенов А. С. Критерии выбора моделей термо-вязко-упруго-пластичности в расчетах напряженно-деформированного состояния конструкций // Сб. тр. 1-й конф. пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH (25-26 апреля 2001, г. Москва) / под ред. А. С. Шадского. М., 2002. С. 340-352.
Yu. P. Pokhabov, S. V. Doronin
Special Design and Technological Bureau «Nauka» Krasnoyarsk Scientific Centre of Siberian Branch Russian Academy of Sciences, Russia, Krasnoyarsk
REQUIREMENTS FOR EVALUATION OF RESEARCH STRENGTH COMPUTING OF NEW ENGINEERING ENTITIES
The reasoning requirements ensuring adequacy of strength computing of engineering entities on the base of numerical methods for structural analysis are established. The technique for conducting scientific and technical evaluation research strength computing is enunciated.
© Похабов Ю. П., Доронин С. В., 2012
УДК 517.977.1
А. Н. Рогалев
Институт вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск
А. А. Рогалев
Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск
ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО СПУТНИКА ЗЕМЛИ ПРИ ОГРАНИЧЕНИЯХ НА ОШИБКИ ИЗМЕРЕНИЙ
Рассмотрено применение обобщения метода наименьших квадратов и нестатистического варианта метода определения будущего положения объекта околоземного пространства при известных ограничениях на ошибки измерений. Даны вычислительные схемы проективных алгоритмов и алгоритмов среднеквадратиче-ской коллокации. Определены точностные характеристики этих алгоритмов при различных распределениях ошибок измерений. Приводятся результаты расчетов на модельных примерах.
Для определения орбиты по измерениям с высокой точностью традиционно используется классический метод наименьших квадратов (НК) либо какая-то его модификация. Обоснованием для такого решения являются оптимальные свойства оценок параметров, получаемых эти методом. При некоррелированных во времени ошибках измерений, имеющих гауссово распределение, оценка НК среди всех оценок (как линейных, так и нелинейных) наиболее точна. Однако при коррелированных во времени ошибках измерений, либо при негауссовских ошибках либо при неизвестных (частично или полностью) вероятностных
характеристиках ошибок измерений традиционные методы могут быть не самыми точными, и эти методы не дают корректной оценки точности получаемых значений.
Особенно это важно для решения задачи предупреждения опасных ситуаций в космическом пространстве. В системе контроля космического пространства рассчитывается вероятность столкновения pc при сближениях двух объектов в будущем и принимаются решения. При этом в подавляющей части случаев реального столкновения не будет («ложная тревога»), и поэтому эти меры будут излишними. Зато
