Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка алгоритмов многопроцессорной обработки и коррекции трехмерных моделей элементов конструкций перспективных летательных аппаратов, изготавливаемых методом послойного лазерного синтеза.

Номер контракта: 14.586.21.0019

Руководитель: Куприков Михаил Юрьевич

Должность: проректор

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
аддитивные технологии, подготовка моделей, исправление ошибок, параллельные алгоритмы, послойный лазерный синтез, трансляция форматов, механические испытания, качество изделий

Цель проекта:
1. Разработка алгоритмов и методологии применения многопроцессорной кластерной техники для быстрой обработки, трансляции и исправления ошибок в трехмерных геометричеких моделях, применяемых при реализации аддитивных технологий в процессе изготовления перспективных элементов конструкций современной авиационной и космической техники. 2. Развитие и расширение приоритетных направлений сотрудничества между Московским авиационным институтом и Свободным Университетом Брюсселя (Vrije Universiteit Brussel, VUB).

Основные планируемые результаты проекта:
Результаты исследования влияния различных типов геометрических и топологических дефектов трехмерных моделей на возможность изготовления качественных изделий методами аддитивных технологий.
Базовые технические рекомендации к качеству применяемых геометрических моделей и базовые технические требования, определяющие предельно-допустимые значения характеристик (мер) поврежденности геометрических моделей, используемых в аддитивных технологиях.
Результаты экспериментальных исследований синтезированных тестовых изделий, содержащих дефекты, с анализом их качества.
Алгоритм выбора оптимальной (минимальной) системы технологических поддержек, исключающих возникновение дефектов в исследуемых элементах конструкций.
Результаты конечно-элементного моделирования и анализа напряженно-деформированного состояния, реализующегося в процессе синтеза исследуемых изделий сложной формы с оценкой эффективности выбранных систем технологических поддержек.
Алгоритмы и методы трансляции, импорта, автоматического исправления ошибок и формирования исполняемых командных файлов на основе трехмерных геометрических моделей различных форматов, содержащих объемные и тонкостенные элементы с использованием параллельных алгоритмов и многопроцессорной вычислительной техники.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
При изготовлении изделий с применением технологий послойного лазерного синтеза, трехмерной печати и т.д. используются виртуальные предварительно созданные трехмерные геометрические модели. Подготовка этих моделей проводится в различных системах трехмерного моделирования, затем импортируется в один из заданных форматов и транслируется в исполняемый командный файл синтезирующей установки. Процесс трансляции файлов между различными форматами может приводить к возникновению различных типов ошибок, которые, по-возможности, необходимо устранять в автоматическом режиме и в максимально сжатые сроки. В случае, если модель конструкции обладает сложной геометрии, то её исправление и трансляция может занимать значительное время. Использование многопроцессорной техники и параллельных алгоритмов обработки данных позволит повысить скорость технологического аддитивного процесса и позволит использовать стандартные установки трехмерной печати и послойного лазерного синтеза для создания крупных партий многоэлементных геометрически-сложных конструкций в сжатые сроки.
Исследования будут проводиться для трех типов конструкций, представляющих значительный интерес с точки зрения возможности их изготовления методами аддитивных технологий и применения в перспективных конструкциях летательных аппаратов. Будут рассматриваться задачи создания 1) узловых элементов, обладающих сложной трехмерной геометрией, 2) тонкостенных моделей и элементов конструкций, 3) элементы конструкций, содержащие систему внутренних полостей и каналов малого диаметра.
Будут построены модели таких конструкций, которые затем будут транслироваться и импортироваться в различные форматы. Будет проводиться исследование возникающих дефектов в геометрии моделей - будет проведена экспериментальная оценка возможности синтеза качественных изделий, модели которых содержат незначительное количество дефектов (то есть будет исследована возможность пренебрежения некоторыми типами дефектов, для сокращения сроков подготовки моделей). Будут получены конкретные оценки для предельных значений характеристик (мер) дефектности модели, которые позволяют получить качественное изделие. Экспериментальные исследования будут проводиться на изделиях, изготовленных в лабораториях аддитивных технологий МАИ (лаборатория кафедры "Инженерная графика" и ЦКП "Наноцентр МАИ"). Будут проводиться измерения поводок и отклонения размеров в изготовленных изделиях. Механические характеристики получаемых элементов конструкций будут проверяться путем проведения прочностных испытаний на образцах материалов, образца-свидетелях и на малоразмерных элементах конструкций. Также будет проводиться разработка алгоритмов выбора оптимальной системы поддержек для исследуемых типов изделий.
Зарубежным партнером (Свободный университет Брюсселя) должны быть разработаны алгоритмы применения кластерной техники и параллельных алгоритмов при импорте и трансляции геометрических моделей в различные форматы, при этом должна быть обеспечена минимизация возникающих ошибок. Для конкретных типов ошибок моделей (критических ошибок, которые будут выявлены в результате исследовании в МАИ), должны быть разработаны алгоритмы автоматического исправления с использованием системы 3DTransVidia и многопроцессорной техники.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В результате выполнения проекта будет разработаны алгоритмы и методология использования многопроцессорной техники при подготовке, автоматическом исправлении, трансляции, импорте и формировании исполняемых командных файлов при работе с трехмерными моделями элементов конструкций перспективных летательных аппаратов, изготовляемых с применением технологий трехмерной печати и лазерного послойного синтеза на базе лаборатории аддитивных технологий Московского авиационного института. В частности, будут разработаны и протестированы базовые технологические рекомендации и предварительный технологический регламент использования вычислительного кластера МАИ в рамках лабораторного технологического процесса изготовления элементов конструкций авиационно-космических систем в ЦКП "Наноцентр МАИ" и лаборатории кафедры "Инженерная графика" МАИ. Это позволит снизить сроки производства и повысить качество изделий, изготавливаемых на базе Московского авиационного института в интересах предприятий авиакосмической промышленности: ОКБ Сухой, КБ МИГ, ФГУП Центр Келдыша, ПАО Радиофизика и др.

Текущие результаты проекта:
Проект находится в стадии подписания Соглашения. В 2015 году планируется выполнение следующих основных работ:
- Проведение исследований влияния различных типов геометрических и топологических дефектов трехмерных моделей на возможность изготовления качественных изделий типа узловых пространственных элементов сложной формы методами аддитивных технологий.
- Изготовления тестовых изделий типа узловых элементов сложной формы, созданных методом послойного лазерного синтеза, содержащих дефекты.
Разработка рекомендаций к качеству применяемых геометрических трехмерных моделей изделий.
- Экспериментальные исследования синтезированных тестовых изделий в виде узловых элементов сложной формы, содержащих дефекты, в том числе результаты анализа качества синтезированных изделий (наличие поводок, искажения размеров) и результаты прочностных испытаний синтезированных образцов материалов, элементов конструкций и образцов-свидетелей, в том числе, содержащих дефекты, с определением механических характеристик (предельной прочности, характеристик жесткости, предельных деформаций).
- Разработка алгоритма выбора оптимальной системы технологических поддержек, для изготовления элементов конструкций типа узловых пространственных элементов сложной формы.
- Проведение конечно-элементного моделирования и анализа напряженно-деформированного состояния, реализующегося в процессе синтеза исследуемых изделий сложной формы.
- Разработка метода трансляции и импорта различных форматов трехмерных геометрических моделей, содержащих объемные элементы сложной формы, с использованием параллельных алгоритмов и многопроцессорной вычислительной техники.
- Разработка метода автоматического исправления ошибок в трехмерных геометрических моделях, содержащих объемные элементы сложной формы, различных форматов с использованием параллельных алгоритмов и многопроцессорной вычислительной техники.
- Разработка метода формирования исполняемых командных файлов на основе трехмерных геометрических моделей различных форматов, содержащих объемные элементы с использованием параллельных алгоритмов и многопроцессорной вычислительной техники.