ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ (ENGiNEERiNG SCiENCE)
Б01: 10.12731^8^2015-4-18 УДК 621.396.6.019.3
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ПОДСИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РЭС
Соловьев Д.Б., Шалумов А.С.
Для создания конкурентоспособных и высоконадёжных радиоэлектронных средств (РЭС) актуальной проблемой является решение задач автоматизированной идентификации физико-механических параметров математических моделей РЭС, как на программном, так и на методическом уровнях.
При разработке автоматизированной подсистемы идентификации физико-механических параметров математических моделей РЭС - ИДЕНТИФИКАЦИЯ основной целью было - определение физико-механических параметров математических моделей РЭС с высокой степенью точности, основываясь на экспериментальных данных, полученных при проведении натурных испытаний, что позволит в свою очередь проводить наиболее точное модели-
рование механических процессов в системах механического моделирования при воздействии различных дестабилизирующих факторов.
Автоматизированная подсистема ИДЕНТИФИКАЦИЯ является надстройкой над CAE-системами и призвана увеличить достоверность получаемых при моделировании в них результатов, так как они очень часто по ряду причин отличаются от результатов натурных испытаний.
Ключевые слова: радиоэлектронное средство; моделирование; механическое воздействие; идентификация параметров
THE AUTOMATED SUBSYSTEM OF PHYSICO-MECHANICAL PARAMETERS IDENTIFICATION FOR MATHEMATICAL MODELS OF RADIO ELECTRONIC MEANS
Solovyov D.B., Shalumov A.S.
To create a competitive and highly reliable radio-electronic means (REM) actual problem is the solution of problems of automated identification of physical and mechanical parameters of mathematical models of REM, as at the program, and the methodological levels.
In developing the automated subsystem identification of physical and mechanical parameters of mathematical models REM - IDENTIFICATION main goal was - definition of physical and mechanical parameters of mathematical models REM
with high degree of accuracy, based on experimental data obtained during the field tests, which will in turn carry out the most accurate modeling of mechanical processes in systems of mechanical simulation under the influence of various destabilizing factors.
Automated Identification subsystem is built on CAE-systems and is designed to increase the reliability of the simulation with the results in them, as they are often a number of reasons differ from the results of field tests.
Keywords: radio electronic means; modeling; mechanical influence; identification of parameters
На сегодняшний день для проведения механических расчётов радиоэлектронных средств (РЭС) на различные механические воздействия, как правило, используют компьютерные системы инженерного анализа (Computer-Aided Engineering, CAE) [1-21]. CAE-системы являются частью средств управления жизненным циклом изделия.
Однако, работа с современной CAE-системой остается крайне трудоёмким и наукоёмким, требующим наличия большого опыта в той области знаний, в которой проводится моделирование, занятием. Также, несмотря на значительно возросшую роль производительности вычислительной техники, ее мощностей все ещё на данном этапе развития остается недостаточно для построения модели механических процессов, позволяющей в полном объеме отразить все свойства реального объекта с максимальной точностью. Это является достаточно серьёзной проблемой, так как для получения точных результатов расчёта необходимо, чтобы
расчётная модель максимально точно отражала характеристики реального объекта с геометрической точки зрения. На данном же этапе для проведения механических расчетов в основном используются упрощённые с геометрической точки зрения модели.
Процесс упрощения исходной модели требует тесного сотрудничества конструктора и расчётчика, так как зачастую при упрощении модели человек без конструкторского опыта может кардинально изменить модель, а, следовательно, и изменить адекватность последующих результатов, полученных при ее расчете в CAE-системе.
Помимо геометрических характеристик весьма весомую роль при моделировании механических процессов играют физико-механические параметры математических моделей, используемые в расчётах. Одной из серьёзных проблем при современном компьютерном моделировании реальных физических процессов, является процесс идентификации физико-механических параметров рассчитываемой конструкции. При идентифицированных параметрах, учитывая, что геометрически расчётная модель максимально схожа с реальной конструкцией, удаётся добиться совпадения расчётных АЧХ конструкции с экспериментальными. В современных компьютерных системах механического моделирования, таких как NASTRAN, Patran, ADAMS, Dytran, MARC, ANSYS, LS-DYNA, ABAQUS, COSMOS, отсутствует механизм идентификации физико-механических параметров и учёта нелинейности физико-механических свойств, при возникающих в конструкции напряжениях. С другой стороны, учитывая тот факт, что, несмотря на бурное развитие электронно-вычислительной техники в последнее десятилетие, появление достаточно
мощных суперкомпьютеров, возможность массового использования такого рода оборудования всё ещё далека от потребностей проектирования, учитывая высокую стоимость такого рода вычислительных средств. Также отметим, что развитие аппаратных средств происходит очень быстрыми темпами, а, следовательно, при дальнейшем развитии элементной базы, используемой при создании компьютеров, удастся максимально решить проблемы построения геометрической модели по всем геометрическим параметрам, совпадающей с реальным объектом. Но проблемы идентификации физико-механических параметров конструкции и учёта нелинейности физико-механических свойств конструкции в зависимости от возникающих напряжений решать сложнее, так как в данной ситуации приходится принимать во внимание постоянное появление новых наиболее технологичных материалов, используемых при конструировании.
Процесс идентификации параметров математических моделей позволяет:
• провести экспериментальные исследования конструкции однократно и далее, проведя процесс идентификации физико-механических параметров конструкции работать уже непосредственно с электронной моделью изделия;
• как следствие из вышесказанного: сокращение сроков производства, увеличение надежности продукции, снижение влияния человеческого фактора на процесс производства высокотехнологичной, наукоёмкой и дорогостоящей продукции;
• путём проведения научных исследований накапливать электронные модели изделий с параметрами расчётных
моделей наиболее близкими к параметрам реальных конструкций, что при современных условиях производства является наиболее важным;
• существенно снизить стоимость готовой продукции, максимально используя компьютерное моделирование конструкции с идентифицированными параметрами на ранних этапах проектирования, учитывая, что процедура натурных испытаний является крайне дорогостоящей и длительной во времени.
Таким образом, для создания конкурентоспособных и высоконадёжных РЭС актуальной проблемой является решение задач автоматизированной идентификации физико-механических параметров математических моделей РЭС, как на программном, так и на методическом уровнях.
При разработке автоматизированной подсистемы идентификации физико-механических параметров математических моделей РЭС - ИДЕНТИФИКАЦИЯ основной целью было - определение физико-механических параметров математических моделей РЭС с высокой степенью точности, основываясь на экспериментальных данных, полученных при проведении натурных испытаний, что позволит в свою очередь проводить наиболее точное моделирование механических процессов в системах механического моделирования при воздействии различных дестабилизирующих факторов.
Так как в основе автоматизированных подсистем инженерных расчетов заложены, как правило, два абсолютно разных расчётных ядра, то и структура подсистемы ИДЕНТИФИКАЦИЯ
в части проведения идентификации физико-механических параметров математических моделей РЭС отличается. Как известно, расчетное ядро ряда CAE-систем построено на основе метода конечных элементов. В других CAE-системах в расчётном ядре заложен метод конечных разностей. Поэтому при создании подсистемы были выделены два кардинально отличающихся подхода к созданию алгоритмов. В случае с идентификацией для систем, работающих на методе конечных элементов, программа по введенным данным в автоматизированном режиме создает набор команд, а далее, используя конечно-элементное расчетное ядро, выполняется итерационная процедура идентификации физико-механических параметров математических моделей РЭС. При идентификации для конечно-разностного расчетного ядра программа по введенным пользователем исходным данным в автоматизированном режиме формирует структуру печатного узла со всеми характеристиками его математической модели и передает на расчёт в решатель построенный на методе конечных разностей. Из вышесказанного можно сделать вывод, что автоматизированная подсистема ИДЕНТИФИКАЦИЯ является надстройкой над CAE-системами и призвана увеличить достоверность получаемых при моделировании в них результатов, так как они очень часто по ряду причин отличаются от результатов натурных испытаний.
Рассмотрим непосредственно функционирование автоматизированной подсистемы, опираясь на структурную схему, изображенную на рисунке 1.
Рис. 1. Структура автоматизированной подсистемы ИДЕНТИФИКАЦИЯ
Конструктор вводит исходные данные вручную или использует готовый файл входных данных. Далее подсистема переходит к работе в автоматическом режиме. Все введенные в подсистему данные поступают на вход управляющей программы, кото-
рая анализирует входные данные, их целостность и достоверность и далее по исходным данным формирует определенный информационный поток, который в свою очередь является входными данными для систем, выполняющих функцию расчётного ядра. В случае идентификации физико-механических параметров математических моделей несущих конструкций РЭС, в качестве расчётного ядра используется конечн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.