Математическое моделирование. Численный эксперимент. Рубрика в журнале - Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии

Публикации в рубрике (34): Математическое моделирование. Численный эксперимент
все рубрики
Моделирование динамики систем твёрдых и упругих тел: обзор пакетов моделирования

Моделирование динамики систем твёрдых и упругих тел: обзор пакетов моделирования

Хасенов И. М., Титов В. В., Сергеев А. В.

Статья научная

В статье представлен обзор существующих программных пакетов (сред) моделирования твердотельной и упругой динамики системы тел для сложных многокомпонентных механизмов робототехнических систем применительно к операциям сервисного обслуживания и орбитальной сборки космических аппаратов. Пакеты сравниваются по нескольким критериям и делается вывод о возможности применения их в рамках стенда полунатурного (hardware-in-loop) моделирования в земных условиях. Особое внимание уделяется возможности использования результатов построения конечно элементных моделей (КЭМ), а также возможность использования редуцированных моделей. Ключевым требованием к системам является возможность их использования в имитационном моделировании в реальном масштабе времени.

Бесплатно

Моделирование процесса литья композиционного материала Cu-mMnCr в металлическую форму с особенностями формирования структуры и свойств

Моделирование процесса литья композиционного материала Cu-mMnCr в металлическую форму с особенностями формирования структуры и свойств

Бусыгин С.Л., Довженко И.Н., Довженко Н.Н., Токмин А.М.

Статья научная

В статье рассмотрено компьютерное моделирование процессов литья электродов контактной сварки из композиционного материала Cu-MMNCr (медный металломатричный с армированием наноразмерным хромом) с использованием специализированной профессиональной программы ProCAST. Установлено в процессе заливки расплава в металлическую форму образование тороидального вихря, не позволяющего наноразмерным частицам хрома всплывать на зеркало расплава. Изучен процесс формирования твёрдой фазы при кристаллизации сплава, приводящий к образованию «теплового узла» (Hot Spots) на завершающей стадии. Исследованы особенности формирования макро- и микроструктуры и элементный состав литого композиционного материала Cu-MMNCr. Представлены результаты физико-механических свойств литого композиционного материала Cu-MMNCr на примере изделия - электрода контактной сварки типа D.

Бесплатно

Моделирование стадии совмещенного процесса литья - штамповки композиционного материала Cu-mMnCr для электродов контактной сварки с особенностями формирования структуры и свойств

Моделирование стадии совмещенного процесса литья - штамповки композиционного материала Cu-mMnCr для электродов контактной сварки с особенностями формирования структуры и свойств

Бусыгин С.Л., Довженко И.Н., Довженко Н.Н., Токмин А.М.

Статья научная

В статье рассмотрено компьютерное моделирование стадии горячей штамповки объёмного теплового и напряженно-деформированного состояния для изделия - электрод контактной сварки с использованием специализированной профессиональной программы Deform 3D. Компьютерным моделированием установлено, что наибольшее влияние на твёрдость по сечению изготовленного электрода оказывают: среднее нормальное напряжение, интенсивность деформаций и скоростей деформации, способствующее генерированию большого числа дислокаций. Исследованы особенности формирования макро- и микроструктуры композиционного материала Cu-MMNCr в условиях совмещенного процесса литья и штамповки с последующей термообработкой. Описан механизм выявления границ зерен. Выведены взаимосвязи между распределением твёрдости и параметрами теплового и напряженно-деформированного состояния в объёме изделия из композиционного материала Cu-MMNCr при совмещённом способе литья - штамповки с последующей термической обработкой. Представлены значения физико-механических свойств композиционного материала Cu-MMNCr, полученного совмещённым способом литья - штамповки с последующей термической обработкой.

Бесплатно

Моделирование суперкавитационных течений в опреснительных установках с учетом термодинамических эффектов

Моделирование суперкавитационных течений в опреснительных установках с учетом термодинамических эффектов

Кулагина Л. В., Пьяных Т. А., Штым К. А.

Статья научная

Изложена усовершенствованная математическая модель тепломассообменных и гидродинамических процессов в суперкавитирующих испарителях, основанная на предположении локального кинематического и термодинамического равновесия между фазами и отсутствия поверхности раздела между паром и водой. В отличие от известных, предлагаемая модель позволяет на этапе проектирования и в период эксплуатации элементов энергетических систем комплексно оценивать влияние управляющих воздействий на режимы обработки и обеспечивает повышение точности расчетов характеристик процесса.

Бесплатно

Моделирование теплопередачи в устройстве подвода теплоты термоэлектрического блока охлаждения

Моделирование теплопередачи в устройстве подвода теплоты термоэлектрического блока охлаждения

Васильев Е.Н.

Статья научная

Рассмотрен процесс теплопередачи в устройстве подвода теплоты термоэлектрического блока охлаждения. Из численного решения двумерных задач теплопроводности получены значения термических сопротивлений теплораспределителя и воздушного теплообменника. Выполнен расчет зависимости холодопроизводительности от силы тока для двух характерных значений суммарного термического сопротивления устройства подвода теплоты. Проведен анализ режимов работы термоэлектрических модулей и выбор параметров электропитания для устранения теплового дисбаланса, вызванного различием термических сопротивлений частей воздушного теплообменника.

Бесплатно

Моделирование электротехнического комплекса линии электропередачи постоянного тока в программной среде MATLAB

Моделирование электротехнического комплекса линии электропередачи постоянного тока в программной среде MATLAB

Ибрагим М., Пантелеев В. И.

Статья научная

Одним из основных направлений развития электроэнергетических систем является внедрение устройств и технологий на базе силовых полупроводниковых ключей (HVDC (High Voltage Direct Current) технологий), в частности вставок постоянного тока на базе преобразователя источника напряжения (VSC). VSC-HVDC используются для решения таких задач, как соединение несинхронных электрических сетей различных частот, передача электроэнергии, повышение локальной и системной управляемости электроэнергетической системы, повышение пропускной способности элементов сети, содержащих «слабые» связи. Благодаря высокой степени управляемости преобразователей источника напряжения (VSC) в основном рассматривается работа HVDC. Однако внедрение и эксплуатация VSC-HVDC определяют необходимость в проведении широкого спектра анализа и исследований, которые можно провести только с помощью математического моделирования. Поэтому целью работы является: анализ поведения системы передачи HVDC на основе VSC с использованием различных режимов управления путем моделирования в программной среде MATLAB.

Бесплатно

Применение PANS модели турбулентности для расчета течения в модельной радиально-осевой гидротурбине Francis-99

Применение PANS модели турбулентности для расчета течения в модельной радиально-осевой гидротурбине Francis-99

Гаврилов А.А., Дектерев А.А.

Статья научная

Закрученные течения широко распространены в различных областях техники. При высокой степени закрутки течение осложняется распадом вихря и формированием крупномасштабных нестационарных структур. В гидроэнергетике проявлением неустойчивости закрученного потока служит прецессирующий вихревой жгут в отсасывающей трубе. Эти нестационарные структуры обладают значительной турбулентной кинетической энергией и характеризуются достаточно большим временем существования, что вызывает серьёзные затруднения при численном моделировании течений в тракте гидротурбин. Цель работы - построение гибридной PANS модели турбулентности на основе модели второго порядка замыкания. С помощью этой модели с разными значениями параметра разрешения выполнены численные расчёты нестационарного течения в отсасывающей трубе в режиме частичной нагрузки. Предложенный вариант PANS модели турбулентности позволяет хорошо воспроизводить характеристики сильно анизотропных течений, при этом менее требователен к сеточному разрешению, чем метод моделирования крупных вихрей, и в рассмотренной реализации не содержит явной зависимости от шага пространственной сетки.

Бесплатно

Программные механизмы поиска, сравнения и копирования объектов системы автоматизированного проектирования бортового программного обеспечения космических аппаратов

Программные механизмы поиска, сравнения и копирования объектов системы автоматизированного проектирования бортового программного обеспечения космических аппаратов

Цапко И.В., Цапко С.Г., Суходоев М.С., Барков А.В., Дьяченко А.Б.

Статья научная

Сложность процесса проектирования бортового программного обеспечения космического аппарата обусловлена наличием в его составе до 500 000 программных и информационных объектов более чем 40 различных типов. Поэтому работа с такими большими объемами данных требует разработки специализированного программного обеспечения для инженеров-проектировщиков. Целью исследования является построение алгоритмов, разработка методов, создание математических моделей поиска, сравнения и копирования больших разнородных связанных данных, а также реализация полученных научно-практических результатов в программном комплексе инженера-проектировщика бортового программного обеспечения космических аппаратов. В результате выпоенных работ разработаны математические модели операций сравнения в терминах множеств и логики предикатов, определены критерии оценки результатов сравнения. На основе математических моделей разработаны программные компоненты, обеспечивающие поиск, сравнение и копирование частей или полностью архитектурного проекта бортового программного обеспечения космических аппаратов. Разработанные программные компоненты интегрированы в программный комплекс автоматизированного проектирования и сопровождения бортового программного обеспечения космических аппаратов. Результаты работы внедрены в АО «Информационные спутниковые системы им. ак. М. Ф. Решетнева» и практически используются в задачах проектирования новых спутников однотипных серий. Сложность работы с разнородными большими данными не позволила в полной мере реализовать операцию копирования. В работе предложено ввести понятие двухфазной операции копирования, когда первая фаза выполняет копирование структуры бортового программного обеспечения, а вторая фаза - связь структуры с ресурсами космического аппарата.

Бесплатно

Прочность криволинейно армированных пластин в полярной системе координат

Прочность криволинейно армированных пластин в полярной системе координат

Немировский Ю. В., Федорова Н. А.

Статья научная

В работе выполнено компьютерное моделирование плоских конструкций по созданию волокнистого композита с криволинейным армированием вдоль спиралевидных траекторий в полярной системе координат. Проведены численные сравнения достижимости предельных состояний для разнообразных структур армирования двумя семействами непрерывных криволинейных волокон. В расчетах учтено влияние постоянного поля температур. Для семейств логарифмических и алгебраических спиралей найдены аналитические решения функции интенсивности армирования дифференциального уравнения постоянства сечений волокон. Анализ результатов показывает, что за счет выбора криволинейной укладки армирующих волокон можно получить конструкцию с заранее заданными свойствами.

Бесплатно

Разработка модели управления мощностью ветроустановки по питч-углу для учебных целей

Разработка модели управления мощностью ветроустановки по питч-углу для учебных целей

Чебоксаров В.В.

Статья научная

Рассмотрена проблема постановки практического обучения в области автоматического управления в энергоустановках на возобновляемых источниках энергии. Отмечено, что ветроэнергетическая установка (ВЭУ) - один из наиболее сложных объектов автоматического управления. Приведен обзор учебных динамических моделей ВЭУ. Для проведения практических занятий по дисциплине «Автоматическое управление и защита энергоустановок с ВИЭ» предложена упрощенная нелинейная динамическая модель, охватывающая контур управления мощностью посредством регулирования угла питча. Приведены функциональная и структурная схемы САУ, описаны подходы к разработке динамической модели в среде Matlab/Simulink и методика практического обучения с ее использованием. Предложена серия цифровых экспериментов с моделью по исследованию динамических процессов в САУ ветроустановкой в режимах включения, выключения и реакции на порыв ветра при нормальной работе. Представлены осциллограммы, полученные в ходе этих экспериментов. Предложены направления дальнейшего совершенствования модели.

Бесплатно

Способ обеспечения навигационной безопасности для автономного необитаемого подводного аппарата

Способ обеспечения навигационной безопасности для автономного необитаемого подводного аппарата

Шостак С. В., Бенгард А. В., Дорофеев Г. В., Стародубцев П. А.

Статья научная

Подводная робототехника стала неотъемлемой частью исследования Мирового океана. В частности, наиболее распространены необитаемые подводные аппараты, поскольку с их помощью можно добраться до труднодоступных мест с минимальным участием человека. Навигационное обеспечение играет важную роль в современной робототехнике, особенно когда дело касается автономных необитаемых подводных аппаратов. В настоящее время для решения задач навигационной безопасности используются активные гидролокаторы, оснащенные приемной антенной, приемником и специальным излучателем, при этом сам излучатель должен вращаться в нужном направлении. Целью данного исследования является разработка метода обеспечения навигационной безопасности для автономного необитаемого подводного аппарата с использованием пространственно-временного сигнала. Представлены модель формирования пространственно-временного сигнала, а также выражения для реализации данного способа. Также проведена оценка разрешающей способности по пеленгу. Полученные результаты проверены моделированием в среде MATLAB при различных отношениях сигнал/шум.

Бесплатно

Физико-технические основы диагностики магистральных трубопроводов методом радиолокации

Физико-технические основы диагностики магистральных трубопроводов методом радиолокации

Шайдуров Г. Я., Меренков М. Г., Шайдуров Р. Г., Майков О. А., Кохонькова Е. А.

Статья научная

Рассматривается актуальная проблема обнаружения дефектов трубопроводов с борта беспилотных летательных аппаратов, позволяющая оперативно оценивать состояние сварных швов, появление утечек углеводородов, нарушение изоляции, местоположения несанкционированных врезок и геопозиционирования трубопровода в подземном пространстве. Исследуется состояние трубопроводов: пространственное положение, утечка продукта, состояние сварных швов и изоляции, наличие и место несанкционированных врезов; дается количественная оценка чувствительности радиолокационного метода дистанционной дефектоскопии с борта беспилотного летательного аппарата (БПЛА).

Бесплатно

Численное моделирование динамики температуры и диэлектрических параметров нефтематеринской породы при СВЧ-нагреве

Численное моделирование динамики температуры и диэлектрических параметров нефтематеринской породы при СВЧ-нагреве

Усманов Б.А., Зиннатуллин Р.Р., Мусин А.А.

Статья научная

Приведены результаты физического и математического моделирования распределения температуры в образце нефтематеринской породы при одностороннем микроволновом облучении. Разработан и протестирован метод косвенного определения зависимости диэлектрических свой- ств образца от температуры по экспериментальным данным температурной динамики во время электромагнитного нагрева. Метод заключается в решении обратной задачи для установления температурной зависимости коэффициента поглощения электромагнитной волны, который зависит от диэлектрических свойств. Было создано две вариации модели. В одной из них коэффициент поглощения считался постоянным и однородным, а его значение было получено валидацией модели экспериментальными данными. Во второй имел место учёт зависимости коэффициента поглощения от температуры, математическая форма которой была определена решением обратной задачи. Сопоставление экспериментальных данных с результатами реализации этих моделей показало увеличение их количественной сходимости при применении разработанного метода.

Бесплатно

Численное моделирование факельного горения угля микропомола в паромасляной горелке

Численное моделирование факельного горения угля микропомола в паромасляной горелке

Тэпфер Е. С., Дектерев А. А., Кузнецов В. А., Дектерев аР. А., Шадрин Е. Ю.

Статья научная

Статья посвящена численному моделированию факельного сжигания угольного топлива в паромасляной горелке. Представлены результаты моделирования паромасляной горелки, разработанной в ИТ СО РАН, и новой факельной горелки, работающей на дизельном топливе с частичной заменой его на уголь микропомола. Сравнение результатов расчета с данными эксперимента показало их хорошее соответствие, как по уровню температуры, так и по концентрации газовых компонент продуктов горения. Результаты моделирования показали, что новая горелка устойчиво работает в широком диапазоне расхода угольной пыли. Полученные результаты численного исследования можно использовать при проектировании нового горелочного устройства, подобрав оптимальные режимы работы, для снижения на выходе концентрации вредных выбросов и недожега топлива.

Бесплатно

Журнал