Пример внедрения

Ученые Южно-Уральского государственного университета первыми в России разработали методику виртуальных виброиспытаний, используя решения LMS

Южно-Уральский государственный университет

Решения Siemens PLM Software позволили ученым научно-образовательного центра «Экспериментальная механика» заложить фундамент для формирования инновационного подхода к моделированию и испытаниям сложной техники и ответственных изделий

Формирование научно-образовательного центра «Экспериментальная механика»

Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) входит в число крупнейших учебных заведений России, а также в десятку лучших классических вузов согласно рейтингу Министерства образования и науки РФ. В 2010 году ЮУрГУ была присвоена категория «Национальный исследовательский университет», что открыло вузу доступ к государственному финансированию исследовательских программ в интересах производства инновационной техники и других сложных и ответственных изделий для аэрокосмической и автомобильной промышленностей. В ЮУрГУ создана уникальная научно-исследовательская база, сосредоточенная в научно-образовательных центрах (НОЦ).

Научно-образовательный центр «Экспериментальная механика» был создан приказом ректора в 2012 году. Его основная роль состоит в том, чтобы сопровождать совместные проекты вуза и промышленных предприятий, выполняемые в рамках федеральных целевых программ и соответствующих постановлений Правительства РФ в части испытаний и расчетов динамики и прочности разрабатываемых изделий и элементов конструкций. Свою главную задачу сотрудники центра «Экспериментальная механика» видят в предоставлении предприятиям квалифицированной экспериментальной поддержки при разработке сложных изделий.

Развитие возможностей Южно-Уральского государственного университета

Приобретение продвинутых решений LMS было продиктовано желанием развивать вуз, получить современное передовое оборудование и новые технологии.

«Когда речь заходит об испытании ответственных изделий, где требуется высокая квалификация и тонкие настройки, возможности, заложенные в LMS, переоценить трудно», – говорит Павел Тараненко, директор НОЦ «Экспериментальная механика» ЮУрГУ.

Для решения задач конечно-элементного анализа кафедры ЮУрГУ применяют разные CAE-решения. «Нас очень заинтересовали уникальные возможности комплекса LMS™ от Siemens PLM Software для междисциплинарного 3D-моделирования и виртуальных испытаний, – говорит Павел Тараненко. – Я имею в виду сочетание возможностей для расчетов и эксперимента в решениях LMS, которых нет у конкурентов».

После того, как университет определился с комплектацией, было получено экспертное заключение научно-технического совета ЮУрГУ и сформирована аукционная документация. Поставщик оборудования и ПО определялся на конкурсной основе. Победителем конкурса стало ООО «Новатест», с которым у ЮУрГУ уже имелся опыт успешного и взаимовыгодного сотрудничества. Поставленный аппаратно-программный комплекс включал следующее оборудование и ПО от Siemens PLM Software: четыре вибростенда, измерительную систему LMS SCADAS™ с датчиками, модальные вибровозбудители, систему управления виброиспытаниями LMS Test.Lab™, а также системы LMS™ Test.Xpress, LMS Virtual.Lab™ и LMS Imagine.Lab Amesim™. «На тот момент я лишь в общих чертах представлял себе возможности этого комплекса, – говорит Павел Тараненко. – С течением времени мое представление о нем постепенно расширилось. Сегодня для меня это уже не просто комплекс, который соединяет расчеты и эксперимент, – это новый подход к организации работы по проектированию изделий».

Методика виртуальных виброиспытаний

В НОЦ «Экспериментальная механика» хорошо понимали, что закупив дорогостоящий аппаратно-программный комплекс, нужно в полной мере овладеть методикой работы с ним. Поэтому ЮУрГУ приобрел не только передовое оборудование и программное обеспечение, но и возможность получения в необходимом объеме знаний и опыта работы учёных LMS. С целью обучения сотрудники НОЦ «Экспериментальная механика» трижды командировались в г. Левен (Бельгия), на родину LMS. Эти поездки позволили им получить опыт применения технологий LMS в аэрокосмической отрасли. В результате обучения, а также совместной с LMS работы в проекте «Виртуальный шейкер» был освоен модальный анализ, модули пакета LMS Test.Lab™, реализующие виброиспытания при синусоидальном, случайном и ударном воздействии, освоены базовые функции LMS Virtual. Lab. Но главное – в центре «Экспериментальная механика» ученые ЮУрГУ первыми в России разработали методику виртуальных виброиспытаний сложнейших уникальных изделий.

В основе методики лежат передовые технологии компании Siemens PLM Software, аналогов которым в России нет. Появление этой методики символизирует зарождение абсолютно нового для страны инновационного подхода к моделированию и испытаниям. «Наша методика предназначена для проведения виброиспытаний ответственных и очень дорогостоящих конструкций, где физические испытания стоят дорого, поскольку дорого обходится поломка испытуемого изделия, – поясняет Павел Тараненко. – Взять, например, спутник. Перед непосредственным выводом на орбиту спутник должен пройти квалификационные испытания на вибростенде. При этом исключена вероятность его поломки, так как это уникальное изделие, существующее в единственном экземпляре».

Уникальность проделанной в НОЦ «Экспериментальная механика» работы заключается в том, что его команда ученых и специалистов первой в России отработала методику виртуальных виброиспытаний. Близость результатов натурного эксперимента (то есть испытания изделия на вибростенде при синусоидальном возбуждении с разверткой по частоте) и эксперимента виртуального (то есть виброиспытаний трехмерной модели «изделие-вибростенд-система управления») подтвердила правильность этой модели.

В расчетной модели удалось объединить модальную модель вибростенда (представляющую из себя, по существу, набор экспериментально найденных частотных передаточных функций), конечно-элементную модель изделия, электромеханическую схему вибростенда и модель контроллера, управляющего виброиспытаниями. При этом каждая из подсистем была еще и верифицирована результатами натурных испытаний. Все это в итоге существенно повышает достоверность построения расчетных моделей для предсказания виброотклика при проведении натурных испытаний.

«Благодаря тому, что эксперимент проводился совместно, на базе вуза и нашем оборудовании, мы освоили технологию модального анализа и получили практический опыт по экспериментальному определению собственных частот и форм конструкций, – говорит Павел Тараненко. – Обучение ведь тогда идет эффективно, когда есть реальная задача, которую необходимо решить».

При проведении виртуальных виброиспытаний университету удалось избежать основных проблем, с которыми можно столкнуться при проведении физических виброиспытаний. Например, в числе таких проблем случайный фактор – когда вдруг, по каким-то причинам, виброиспытания пошли не так, как планируется, что привело к недопустимым виброускорениям и поломке изделия.

Или когда при установке на реальный вибростенд изделий, сравнимых по массе с массой стенда, мы получаем новую связанную систему «изделие-вибростенд», динамические характеристики которой неизвестны, а значит при реальных виброиспытаниях она может повести себя непредсказуемо. Мы избежали проблем, вызванных c человеческим фактором, т.е. ошибок, которые при виброиспытаниях может допустить оператор, управляющий вибростендом.

Перспективы на будущее

Предприятиям, заинтересованным в применении данной методики, необходимо понимать, что работа в рамках предлагаемого подхода предстоит сложная и кропотливая. «Я вижу эту работу только как совместную, – объясняет Павел Тараненко, – когда наши знания объединятся с предметными знаниями специалистов предприятий, участвующих в разработке изделия».

Эффективность технологий Siemens PLM Software и наработанной методики их применения подтверждается результатами коммерческих проектов ЮУрГУ, выполняемых совместно с такими предприятиями, как АО «Уралтрансмаш», АО СКБ «Турбина» и ПАО «КАМАЗ». В частности, сегодня ученые университета работают уже над освоением и развитием методики создания динамических моделей автомобиля и его подсистем на ранних стадиях проектирования, что связано с реализацией совместного проекта с ПАО «КАМАЗ».

Наличие комплекса решений LMS позволяет Южно-Уральскому государственному университету обеспечить выполнение высокотехнологичных проектов для российской промышленности на высоком инженерном и научном уровне, а также выстроить в вузе условную пирамиду творчества и научного поиска «студенты – аспиранты – кандидаты и доктора наук».

«Я абсолютно уверен в том, что мы сможем расширить взаимовыгодное сотрудничество с предприятиями в отношении виртуальных испытаний и натурных экспериментов, которые способен проводить центр «Экспериментальная механика», – убежден Павел Тараненко.

Close share layer

Share this page

Share this page through any of the following channels.

Bookmarking Sites

Communities

News

Blogs & Microblogs