Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка моделей, алгоритмов и прототипа программного модуля для оценки эффективных характеристик материалов получаемых при использовании аддитивных технологий с использованием многомасштабного физического моделирования

Номер контракта: 14.577.21.0207

Руководитель: Горбачев Владимир Иванович

Должность: профессор

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
аддитивные технологии, конструкционные материалы, эффективные свойства материалов, деформирование и разрушение материалов, математические и имитационные модели, многоуровневое моделирование, высокопроизводительные вычислительные технологии

Цель проекта:
1 Проблемы, на решение которых направлен реализуемый проект Разработка научно-технических решений в области создания программного обеспечения для предсказательного многомасштабного физического моделирования эффективных механических характеристик материалов, получаемых с использованием аддитивных технологий. 2 Цель реализуемого проекта Разработка и создание прототипа программного модуля для оценки эффективных механических характеристик (модулей упругости) структурно-неоднородных упругих материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий, при малых деформациях в трехмерном случае с использованием многомасштабного физического моделирования.

Основные планируемые результаты проекта:
1 В ходе выполнения Проекта должны быть получены следующие основные результаты:

1.1 Математическая модель 1 оценки эффективных характеристик материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий.
1.2 Математическая модель 2 описания изменений напряженно-деформированного состояния при малых деформациях материала или элемента конструкции, получаемых при использовании аддитивных технологий.
1.3 Методика 1 оценки эффективных характеристик материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий.
1.4 Методика 2 расчета характеристик процессов изменений напряженно-деформированного состояния при малых деформациях материала или элемента конструкции, получаемых при использовании аддитивных технологий.
1.5 Алгоритм 1оценки эффективных характеристик материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий.
1.6 Алгоритм 2 расчета характеристик процессов изменений напряженно-деформированного состояния при малых деформациях материала или элемента конструкции, получаемых при использовании аддитивных технологий.
1.7 Прототип программного модуля 1, реализующего алгоритм оценки эффективных характеристик материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий.
1.8 Прототип программного модуля 2, реализующий алгоритм расчета характеристик процессов изменений напряженно-деформированного состояния при малых деформациях материала или элемента конструкции, получаемых при использовании аддитивных технологий.
1.9 Прототип программного модуля для оценки эффективных характеристик материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий с использованием многомасштабного физического моделирования.
1.10 Рекомендации и предложения по использованию результатов Проекта в реальном секторе экономики, а также вовлечению их в хозяйственный оборот.
1.11 Проект технического задания на проведение ОКР по теме: "Разработка высокопроизводительного программного комплекса многоуровневого моделирования процессов деформирования новых конструкционных материалов повышенной жесткости, получаемых с использованием аддитивных технологий".

2 Основные характеристики планируемой научно-технической продукции

Разработка и создание прототипа программного модуля для оценки эффективных механических характеристик (модулей упругости) структурно-неоднородных упругих материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий, при малых деформациях в трехмерном случае с использованием многомасштабного физического моделирования, не имеющего аналогов в практике предсказательного моделирования эффективных механических характеристик современных материалов, позволит перейти к разработке высокопроизводительного программного комплекса многоуровневого моделирования процессов деформирования новых конструкционных материалов повышенной жесткости, получаемых с использованием аддитивных технологий.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1 Конечным продуктом Проекта является
Прототип программного модуля для оценки эффективных характеристик материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий с использованием многомасштабного физического моделирования.
Разработка и создание прототипа программного модуля для оценки эффективных механических характеристик (модулей упругости) структурно-неоднородных упругих материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий, при малых деформациях в трехмерном случае с использованием многомасштабного физического моделирования, не имеющего аналогов в практике предсказательного моделирования эффективных механических характеристик современных материалов, позволит перейти к разработке высокопроизводительного программного комплекса многоуровневого моделирования процессов деформирования новых конструкционных материалов повышенной жесткости, получаемых с использованием аддитивных технологий.
2 В настоящее время отсутствует единый общепринятый подход, непосредственно связывающий особенности микроскопического строения неоднородных материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий с их макроскопическими свойствами, что ограничивает функциональные возможности систем инженерного анализа- САЕ (универсальных прочностных расчетных пакетов). Комплекс теоретических моделей, алгоритмов и программных средств,разрабатываемых в рамках Проекта должен обеспечить возможность прогнозирования структурных, механических, физических свойств материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий, что позволит существенно снизить затраты на создание новых материалов с заданными свойствами и оптимизировать условия производства промышленно важных композитных материалов.
3 Полученные результаты интеллектуальной деятельности обеспечивают возможность прогнозирования структурных, механических, физических свойств материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий и будут запатентованы.
4 Для создания прототипа программного модуля для оценки эффективных характеристик материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий с использованием многомасштабного физического моделирования необходимо разработать комплекс теоретических моделей для оценки эффективных характеристик материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий и описания изменений напряженно-деформированного состояния при малых деформациях материала или элемента конструкции, получаемых при использовании аддитивных технологий, методик их применения , алгоритмов и программных средств их реализующих.
Ограничения и риски недостижения заявленных результатов минимизируются путем верификации программных средств с использованием точных аналитических решений ряда модельных задач.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1 Результаты Проекта являются перспективными для использования в кораблестроении, авиационной, автомобильной, строительной, медицинской, электронной и электротехнической отраслях промышленности. В предсказательном моделировании эффективных механических характеристик современных материалов и разработке высокопроизводительного программного комплекса многоуровневого моделирования процессов деформирования новых конструкционных материалов повышенной жесткости, получаемых с использованием аддитивных технологий заинтересованы крупнейшие российские корпорации: ГК «Росатом», ГК «Ростехнологии», ОАО «РОСНАНО» и ОАО «Объединенная авиастроительная корпорация».
2 Практическое внедрение результатов Проекта планируется, в первую очередь, на предприятии- индустриальном партнере - Федеральном казенном предприятии «Алексинский химический комбинат». В дальнейшем после валидации разработанных программных средств с использованием современных конструкционных материалов результаты Проекта будут продвигаться на рынке систем инженерного анализа.
3 Результаты работ по Проекту позволят обеспечить существенное ускорение и оптимизацию процесса разработки материало,в получаемых при использовании аддитивных технологий с заданными физико-механическими свойствами за счет многомасштабного физического моделирования и повышения эффективности использования современных высокопроизводительных вычислительных систем для компьютерного моделирования и проектирования новых материалов. Разработанная методика должна позволить эффективно решать крупные научные и прикладные задачи материаловедения на имеющихся параллельных вычислительных платформах – как на стандартных высокопроизводительных вычислительных системах, так и на СуперЭВМ.
4 Лицензии на результаты интеллектуальной деятельности - патенты на разработанные в рамках Проекта прототипы программных модулей планируется передавать учебным и промышленным организациям для обучения потенциальных пользователей для популяризации и продвижения на рынке систем инженерного анализа.


Текущие результаты проекта:
1 Разработаны две математические модели:
- Математическая модель 1 оценки эффективных характеристик материалов, получаемых при использовании аддитивных технологий.
- Математическая модель 2 описания изменений напряженно-деформированного состояния при малых деформациях материала или элемента конструкции, получаемых при использовании аддитивных технологий.

2 Проведены маркетинговые исследования для изучения перспектив коммерциализации планируемых результатов интеллектуальной деятельности (РИД) в странах БРИКС.