5年以上にわたり、さまざまな工学的問題を解決する方法として数値シミュレーションを使用してきました。
- フィールドテスト中に測定できない技術プロセスのパラメータの決定。
- 使用が計画されている機器および技術の効率の評価。
- 新しくてユニークな製品を顧客に宣伝する。
- 将来の技術における有望な材料の機械的特性の要件の決定
私、 Oleg Kopaevは、Severstalで数値モデリングを担当しています。本日は、過去1年間に完了した最も興味深いプロジェクトの一部を紹介します。
シミュレーション-連続鋳造プラントでタンディッシュ内の溶鋼の流れを研究する機能
さまざまな仮説のテスト-私たちの仕事で最も要求の厳しい分野の1つ。 「競合他社が達成した…」、「未来の技術が会議で発表される…」、「新しい技術的スタートアップ…」など、常に多くの「画期的な」アイデアがあり、経済的に非常に魅力的に見えるものもあります。これらのアイデアのどれが当社に適用でき、目標利益をもたらすか、そして与えないかを確認するさまざまな方法があります。パイロット制作の枠組みの中で、チャンスをつかみ、お金をかけ、アイデアをテストすることができます。あなたは外部のパートナーと研究開発を組織し、請負業者を選ぶ際の幸運を期待することができます。しかし、実際の経験から、最も効果的なのは、会社の専門部門の力によるそのようなイニシアチブの独立した研究であることが示されています。そしてここで、数値モデリングは意思決定プロセスの不可欠な部分になります。これにより、比較的少ない時間とお金でアイデアのパフォーマンスをテストできます。
このアプローチは、コイルに鋼管を巻く可能性を評価するプロジェクトで使用されました。リールの鋼管は、ガス井や油井の建設や修理に広く使用されています。ドリルストリングの組み立て/分解を節約できます。これらのパイプは、最大100mmの比較的小さな直径で製造されています。次の質問がありました。
- たとえば、ローカルパイプラインの建設のために、より大きな直径のコイルでパイプを製造して顧客に供給することは、溶接の節約に役立ちますか？
- 提供できる最大直径と肉厚はどれくらいですか？どの鋼種からですか？
- そのようなパイプを巻いたり巻き戻したりするのにどれくらいの労力が必要ですか？
- コイリングプロセスをシミュレートし、プロセスの制御パラメータを変更できる有限要素モデルを作成することで、これらすべての質問に答えることができました。
左側-誤ったプロセスパラメータ、局所的な崩壊、パイプの破壊。右側-直径219mm、壁厚6.5mmのパイプが直径4メートルのドラムに巻かれています。
何よりも、爆発と破壊に関するプロジェクトが大好き なので、大口径パイプのポリゴンテスト用のモデルの作成を開始できました。主要なガスパイプラインを運営している企業は、緊急時に（「ガスパイプラインの爆発」のリクエストに対して写真やビデオをグーグルで検索できます）、迅速に修理できる最小の長さのパイプのセクションが破壊されました。
現在、パイプの耐亀裂性を評価するために大規模なフィールドテストが実施されています。意味は単純です-パイプラインのセクションが埋め立て地で組み立てられ、高圧が生成され、成形爆薬がパイプラインのテストセクションの中央部分で爆発し、各方向に形成された亀裂の長さ決定されます。
テストエリアの一般的なレイアウト
残念ながら、パイプ金属の実験室特性とフィールドテストの成功との間に明確な関係がないため、テスト結果は常に予測が不十分でした。選択した鋼種が適切かどうかを判断するには、精錬（少なくとも350トンの鋼）、ロールシート、パイプの作成、埋め立て地への配送が必要です。そうして初めて結果を確認できます。
モデリングのタスクは、鋼板の実験室テストに基づいて、フィールドテストの結果を高精度で決定できるようにするツールを作成することです。
仮想テストの結果。パイプの機械的特性に応じて、亀裂は直線的に伝播するか、ループバックする可能性があります
私たちはなんとかそのようなツールを作成し、主要なガスパイプライン用の最強のX100鋼管の仮想テストを実施しています。これらのパイプはロシアではまだ使用されていません。また、実験室試験に基づいてパイプの亀裂伝播に対する抵抗を計算する方法を開発し、パートナーや顧客に提供する予定です。
私たちのタスクの中には、鉄精錬でより一般的な金属成形プロセスの計算があります。 ..。そのようなプロセスの計算は、おそらく、プロフィールの専門分野で勉強しているすべての学生によって行われ、多くの本や論文が書かれています。ただし、さまざまな理由から、これらの計算では、「円筒形ロール」、「絶対剛性ロール」、「スタンドフレームが完全剛性」、「ロール形状が一定」など、大幅な簡略化と仮定が使用されることがよくあります。
このような単純化では、別のプロジェクトを実行することはできません。熱間圧延ミルスタンドの最適なロールプロファイリングを決定することで、ロールの応力とロールの故障の可能性を最小限に抑えることができます。したがって、私たちのモデルでは：
- スタンドの形状と操作は現実に対応しています。
- ベッドは変形可能です。
- ロールのプロファイルが作成されます。
- ロールは変形可能であり、曲げ防止力がワークロールに適用されます。
- ローリングキャンペーン中のロール表面の摩耗が考慮されます。
熱間圧延機
のスタンドのモデル作成されたツールにより、熱間圧延機のワークロールの負荷と摩耗のプロセスを詳細に調査し、より効率的なプロファイリングを開発することができました。
ローリングキャンペーンの開始時と終了時のワークロール（左）と塑性変形領域（右）の応力分布
近年、同社の修理部門とお客様は、機器の摩耗プロセスを分析する必要性を 高めています。バルクメディア。このトピックについては、パートナーのKADFEM CISと共同で、Rockyという新しいソフトウェア製品でパイロット作業を実施しました。
鉱物の採掘には、環境収容力の高いマイニングダンプトラックが広く利用されており、鉱石や廃石の積み込み、輸送、積み下ろしなど、毎日数十回の移動を行っています。輸送されるバルクメディアは非常に研磨性が高いため、ダンプトラックの本体は内側から特殊な耐摩耗性鋼で裏打ちされていますが、定期的な交換が必要です。
鉱業会社は、ライニングの摩耗を減らし、耐用年数を延ばすことに関心を持っています。2つの主要な行動方針があります。
- 耐摩耗性に優れた素材の使用。
- ライニングの形状の最適化および/または表面上のバルク媒体の動きの性質を変更するさまざまなスキームの使用。
さまざまな鋼と幾何学的ソリューションの使用の有効性を評価するために、私たちは身体の操作プロセスのモデルを作成し、開発しています。並行して、実験的なライニング要素を備えたダンプトラックは、鉄鉱石を毎日輸送し、計算と実験結果を比較する瞬間に近づきます。
マイニングダンプトラックのボディから岩を降ろすプロセス
ボディライニングの摩耗に費やされたエネルギーの分配
技術情報がお好きな方のために、SIMULIA Abaqus、Ansys CFD、Autoformソフトウェア、DellおよびLenovo決済ステーションを使用していることをお知らせします。最新のものは64コアと256GBのRAMを備えています。光学3Dスキャナーが重宝しました。材料の物理的および機械的特性を決定するために、私たちは自社の研究所とパートナーの研究所を使用し、お客様と材料データを積極的に共有しています。1つのプロジェクトには1時間から数か月かかる場合があります。
まだ作業中や計画中のさまざまなプロジェクトがあります。あなたのフィードバックとコメントは、私たちがより頻繁に書くのを助け、イラストで興味深い情報を提供するでしょう。