Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка интегрированной системы компьютерного проектирования и инжиниринга для аддитивного производства легких и надежных композитных конструкций ключевых высокотехнологичных отраслей промышленности

Докладчик: Боровков Алексей Иванович

Должность: Проректор по перспективным проектам

Цель проекта:
Разработка интегрированной технологии проектирования, аддитивного производства и многомасштабного моделирования, компьютерного инжиниринга и оптимизации композитных конструкций из армированных непрерывными углеродными микроволокнами полимерных материалов для создания перспективных космических аппаратов и обеспечения мирового уровня эксплуатационно-технических характеристик отечественных космических средств. 1.1 Разработка интегрированной системы компьютерного проектирования и инжиниринга, включающей в себя разработку многоуровневых конечно-элементных моделей композиционных материалов и композитных конструкций. 1.2 Создание технологического оборудования для аддитивного производства композиционных материалов и композитных конструкций на их основе (Z-принтер)

Основные планируемые результаты проекта:
Цели работы - разработка интегрированной системы компьютерного проектирования и компьютерного инжиниринга, создание технологического оборудования для аддитивного производства композиционных материалов и композитных конструкций на их основе.
Для достижения перечисленных целей запланировано получение следующих ключевых результатов:
1. Разработка многоуровневых конечно-элементных моделей композиционных материалов и композитных конструкций.
2. Выполнение многовариантных виртуальных испытаний образцов композиционных материалов и композитных конструкций;
3. Разработка макета Z-принтера для аддитивного производства конструкций из композиционных материалов сложной микроструктуры;
4. Изготовление с помощью разработанного оборудования экспериментальных образцов композиционных материалов и образцов элементов композитных конструкций ракетно-космической техники;
5. Выполнение исследовательских натурных испытаний для определения физико-механических характеристик образцов композиционных материалов и композитных конструкций, исследования их микроструктуры, виброустойчивости и стойкости к ударно-импульсным воздействиям;
6. Методика контроля качества конструкций из композиционного материала, полученных методом аддитивного производства, разработанная и аттестованная по ГОСТ 8.563-2009;
7. Методика верификации многоуровневых конечно-элементных моделей образцов композиционных материалов и элементов композитных конструкций методами динамических испытаний на виброустойчивость и импульсно-ударные воздействия, разработанная и аттестованная по ГОСТ 8.563-2009.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемая в ходе ПНИЭР интегрированная система компьютерного проектирования и инжиниринга для аддитивного производства легких и надежных композитных конструкций, разработанные методы, алгоритмы и расчетные методики будет впоследствии применены к решению актуальных научно-технических задач в различных отраслях промышленности и проектированию оптимальных композитных конструкций.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ научно-технической литературы по технологическим направлениям ПНИЭР:
Выполнен сбор и анализ научно-технической литературы в области компьютерного проектирования и компьютерного инжиниринга, методов многопараметрической, многокритериальной и топологической оптимизации разнообразных элементов конструкций.
Подготовлен аналитический обзор глобальных тенденций развития цифрового производства, в первую очередь, аддитивного производства, компьютерного проектирования и компьютерного инжиниринга и подготовлен отчет по итогам проведения патентных исследований в области компьютерного проектирования и инжиниринга по ГОСТ 15.011-96.
Подготовлен аналитический обзор методов контроля качества композитных конструкций и подготовлен отчет по итогам проведения патентных исследований в области контроля качества по ГОСТ 15.011-96.
Подготовлен аналитический обзор тенденций в области технологий аддитивного производства и подготовлен отчет по итогам проведения патентных исследований в области технологий аддитивного производства по ГОСТ 15.011-96.

Разработаны инструкции, программы и методики:
Разработаны 3D CAD модели образцов двухкомпонентного композиционного материала.
Разработаны инструкции по подготовке многоуровневых конечно-элементных моделей композиционных материалов.
Разработаны программы и методики исследовательских испытаний механических свойств экспериментальных образцов композиционных материалов и элементов композитных конструкций.
Разработаны основы программы и методик исследовательских испытаний композиционных материалов на виброустойчивость.
Разработаны основы методик исследовательских испытаний композитных материалов и структур на импульсно-ударные нагрузки.
Разработаны программы и методики исследовательских испытаний композиционных материалов методом лазерной доплеровской виброметрии.
Разработаны программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов композиционных материалов и элементов композитных конструкций методом рентгеновской томографии.
Разработаны программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов композиционных материалов и их компонентов по анализу микроструктуры и тепловых свойств.

Выполнены разработки:
Разработана эскизная КД на макет экструдера для Z2- и Z-принтера. Изготовлен макет экструдера. Проведены исследовательские испытания макета экструдера. Изготовлены экспериментальные образцы двухкомпонентного композиционного материала для исследовательских испытаний.

Проведены исследовательские испытания и подготовлены математические модели для виртуальных испытаний:
Созданы многоуровневые 3-D CAD- и конечно-элементные модели двухкомпонентного композиционного материала.
Проведены многовариантные исследования возможностей передовых CAD и CAE систем мирового уровня применительно к многомасштабному моделированию композиционных материалов.
Проведены исследовательские испытания механических свойств экспериментальных образцов двухкомпонентного композиционного материала.
Проведены расчеты параметров экспериментальных образцов композиционных материалов для исследовательских испытаний на виброустойчивость.
Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов двухкомпонентного композиционного материала методом лазерной доплеровской виброметрии.
Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов двухкомпонентного композиционного материала методом рентгеновской томографии.
Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов двухкомпонентного композиционного материала и его компонент по анализу микроструктуры и тепловых свойств.