Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка автоматизированной системы мониторинга напряженно деформированного состояния оболочек испытывающих объемное сжатие

Сведения об участнике
ФИО
Иванюк Алексей Константинович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Тяжелое и среднее машиностроение
Тема
Разработка автоматизированной системы мониторинга напряженно деформированного состояния оболочек испытывающих объемное сжатие
Резюме
Для создания автоматизированной системы мониторинга, упреждающего контроля корпусов испытывающих гидростатического сжатия, необходимо знать участки с максимальными касательными напряжениями. Данные концентраторы напряжения можно найти, используя метод конечных элементов на базе современных CAD систем. Затем предлагается создание автоматизированной программы для расчета толщины стенок оболочек исходя из внешнего давления. После проведения описанных разработок и вычислений предлагается по разработанной автором функциональной и структурной схеме выбрать современное оборудование. В результате представленна автоматизированная система на базе микропроцесссора Arduino.
Ключевые слова
Моделирование, автоматизация производства, корпуса приборов, CAD системы, деформированное состояние.
Цели и задачи
Целью работы является повышение эффективности проведения опытных экспериментов, за счет определения зон с максимальными касательными напряжениями корпусных деталей приборов испытывающих гидростатическое сжатие, благодаря разработки автоматизированной системы мониторинга.
В рамках данной работы была поставлена задача определения критических зон имеющих максимальное напряженно деформированное состояние корпусов приборов испытывающих гидростатическое сжатие способом имитационного моделирования, с оценкой результатов, в различных CAD средах. Второй задачей является разработка структурной, функциональной и электрической схемы измерительного прибора. И заключительной задачей – выбор оборудования и его соединение для проведения реального эксперимента.
Введение

В настоящее время проведение испытаний готовых приборов является важной заключительной частью проверок на соответствие качества изделия на любом производстве. Но чаще всего при проведение таких  испытаний на воздействие внешних и внутренних факторов, прибор имеет большую вероятность выхода из строя. Особенно это относится ко вновь разработанным приборам, имеющим большие отличия от аналогов. Для обеспечения неразрушающего контроля предлагается создание автоматизированной системы мониторинга напряженно деформированного состояния корпусов испытывающих гидростатическое сжатие. 

 

Методы и материалы

Для проведения данного эксперимента используются методы компьютерного моделирования. В частности применяется метод конечных элементов, совместно с теорией подобий. Так же была разработана функциональная схема в стандарте IDEF0. В рамках данной работы была поставлена задача определения критических зон имеющих максимальное напряженно деформированное состояние корпусов приборов испытывающих гидростатическое сжатие способом имитационного моделирования, с оценкой результатов, в различных CAD средах. Второй задачей является разработка структурной, функциональной и электрической схемы измерительного прибора. И заключительной задачей – выбор оборудования и его соединение для проведения реального эксперимента. 

Описание и обсуждение результатов

В первую очередь, была создана функциональная модель, согласно стандарту  IDEF0, виртуальной системы определения критических зон деформации в корпусных деталей.  После определения основных функциональных блоков и связей между ними были созданы 3-х мерные модели исследуемых объектов. Геометрия и свойства материалов были заданы соответствующими аналогу. Для достоверности и возможности сравнения результатов положения зон максимальной деформации было рассмотрено 4 ведущих программы. Были спроектированы 3D модели и проведены виртуальные испытания в системах Autodesk Inventor, SolidWorks, Comsol Multiphysics, Ansys.Качественные результаты оказались максимально приближенными к результатам реальных полевых испытаний, полностью повторяли геометрию испытанных объектов. Таким образом, были проведены имитационные испытания и определены критические зоны деформации для конкретной геометрии исследуемых объектов с помощью современных CAD систем, для последующей разработки автоматизированной системы мониторинга с дальнейшим использованием тензометрической аппаратуры.

После проведения анализа методов расчета толщины стенок оболочек находящихся под внешним давлением, была предложена идея корректировки коэффициента продольного изгиба. Были разработаны две программы, одна из них уже внедрена в производство.

В следующем этапе разработки системы автоматизированного мониторинга напряженно деформированного состояния стала разработка комплексной автоматизированной системы неразрушающего контроля гидроакустических приборов. 

 Сначала была проанализирована проблема и возможные решения, а также уже имеющийся опыт, в том числе зарубежный. Затем был произведен подбор контролирующих датчиков, отвечающих за восприятие критических значений возмущающих воздействий. Была выбрана основа – современный микроконтроллер Arduino, а также решен вопрос с передачей данных. Многие гидроакустические приборы требуют повышенной влагозащищённости или же полной герметичности прибора. Следовательно, передавать данные в режиме реального времени возможно только беспроводным путем. Был подобран Wi-Fi датчик, обеспечивающий беспрерывную связь с управляющим компьютером.

Итоговым результатом стала разработка сбор прототипа автоматизированной системы мониторинга на базе резистора изгиба и микропроцессора Arduino UNO. Данный прототип является результирующим ответом на все поставленные в начале работы вопросы. Его компактность, модульность, возможность перенастройки для различных задач и внешних условий дает основания полагать о дальнейшем большом производственном значении при внедрении на заключительную стадию опытных испытаний. 

Используемые источники
1. Капустин,Н.М.Автоматизация машиностроения/ Н. М.Капустин. Н.П.Дьяконова, П.М.Кузнецов.Подред. Н.М. Капустина. – М.: Высшая школа, 2007.– 224 с.
2. Иванюк, А.К. Разработка новых подходов в методологии проектирования АСТПП / Иванюк А.К., Барабанов В.Г. // Сборник тезисов докладов по внутривузовскому смотру-конкурсу научных конструкторских и технологических работ студентов (г. Волгоград, 12-15 мая 2015 г.) / ВолгГТУ, Совет СНТО. - Волгоград, 2015. - C. 23.

Information about the project
Surname Name
Ivanyuk A.K.
Project title
Development of the automated system of monitoring of tensely deformed condition of the covers experiencing volume compression
Summary of the project
For creation of the automated system of monitoring, anticipatory control of the cases testing hydrostatic compression it is necessary to know sites with the maximum tangent tension. These concentrators of tension can be found, using a method of final elements on the basis of modern CAD systems. Then creation of the automated program for calculation of thickness of walls of covers proceeding from external pressure is offered. After carrying out the described developments and calculations it is offered to choose the modern equipment according to the function and block diagram developed by the author. The automated system on the basis of the Arduino microprocessor is as a result presented.
Keywords
Modeling, automation of production, the case of devices, CAD system, the deformed condition.