УДК 004.942.001.57: 62-219.5
ОБЩИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПАКЕТА ПРОГРАММ WELDING SIMULATION SUITE
© Биленко Георгий Андреевич, инженер службы технической поддержки ООО «Делкам-Урал». Россия, г. Екатеринбург. E-mail: bga@delcam-ural.ru
Статья поступила 1.04.2011 г.
Приведен краткий обзор основных возможностей программного обеспечения для моделирования сварки от компании ESI Group. Описаны основные данные, требуемые для постановки задачи сварки, а также показаны результаты, которые может получить пользователь после выполнения расчетов.
Ключевые слова: сварка; моделирование; ESI Group; SYSWELD; Visual Weld; Pam-Assembly; Weld Planner.
ESI Group - мировой лидер по разработке и поставке расчетных программ для проектирования изделий и моделирования технологий, которые учитывают все свойства материалов и физику процессов. ESI Group разработало ряд связанных между собой программ и приложений, ориентированных на использование в промышленности, для максимально реального моделирования поведения изделия во время эксперимента, а также оценки воздействия окружающей среды на их эксплуатационные характеристики.
В линейке, представляемой компанией, находятся продукты для моделирования почти всех используемых в производстве технологических процессов, таких как литье металлов, изготовление композитных материалов, обработка металлов давлением, сварка металлов.
В статье рассматриваются продукты SYSWELD и Visual Weld, применяемые для моделирования сварочных процессов.
Программа SYSWELD разработана в 1970-х годах в министерстве атомной промышленности Франции, затем она была передана для коммерциализации французской фирме FRAMASOFT S.A., подразделение фирмы FRAMATOME, широко известной в мире разработками ряда ядерных технологий. Фирма FRAMASOFT S.A. разработала SYSWELD - мощный пакет программ виртуального моделирования сварки и термообработки. SYSWELD позволяет моделировать задачу сварки учитывая в полной мере все тепловые и металлургические явления, происходящих в изделии в ходе сварки.
Данный программный продукт - часть решения для моделирования процесса сварки Welding Simulation suite. В его состав входят следующие продукты: SYSWELD, Visual Weld, Pam-Assembly, Weld Planner.
Программный продукт SYSWELD поддерживает платформу Windows 7, но для запуска его
л
Рис. 1. Модель Голдака: Q - количество энергии, введенной в объем; Q/, Qr,- удельное количество энергии, введенной в объем; а/, аг, Ь, с - геометрические параметры модели Голдака
графического интерфейса требуется эмулятор UNIX системы Exceed 3D версией 14 или выше.
Моделирование сварки осуществляется через модуль Welding Wizard, который позволяет гибко и точно задавать необходимые параметры прцесса:
- выбор марки используемой стали,
- аналитическую модель объемного тепловыделения,
- режим сварки,
- граничные условия для тепловой и металлургической задач,
- граничные условия для механической задачи,
- параметры алгоритма решения.
Объемное тепловыделение происходит за
счет ввода тепла согласно нескольким заложенным в программу тепловым моделям, описываемым формулами 1 и 2 (модель Голдака) (рис. 1):
Q = Qfexр
Q = Qr■ ехр
..2 Л
41
„2 Л
аг
ехр
•ехр
„2 Л
( _2Л
У
„2 Л
ехр
ехр
у
_2Л
(1)
(2)
где Q - количество энергии, введенной в объем; Q/, Qr - удельное количество энергии, введенной
z
в объем; а/, аг, Ь, с - геометрические параметры модели Голдака.
Модель Голдака предназначается в основном для полуавтоматической сварки под флюсом, для
г ^
ze
zi
Qo
Рис. 2. Модель Гаусса: Qo - удельное количество энергии в объеме; г, ге; т1 - геометрические параметры модели Гаусса
сварки в защитных газах плавящимся и неплавя-щимся электродами (MIG, MAG, TIG), а также может быть применена для ручной дуговой сварки покрытым электродом (MMA).
Для моделирования лазерной сварки применяется модель Гаусса (рис. 2):
Qr = Q0exp
(3)
где Qг - количество энергии введенной в объем; Q0 - удельное количество энергии, в объеме; г, г0 - геометрические параметры модели Гаусса.
Граничные условия для тепловой задачи могут быть заданы в виде изотермического, адиабатического или полного теплообмена (рис. 3). При этом коэффициенты теплообмена и радиации можно определять в виде постоянной величины либо в виде функции. Для металлургической задачи граничными условиями являются термо-
I
_ ■
в
\ \ \ укШ1
—п-ГТГ-П-п-п—I--п—
Рис. 3. Граничные условия для тепловой задачи: а - изменение коэффициента полной теплоотдачи; б - направления теплоотдачи с поверхности деталей; в - термокинетическая диаграмма для используемой стали
Рис. 4. Условия закрепления модели
кинетические диаграммы ССТ и ТТТ, в которых указаны границы областей фазовых составляющих в зависимости от скорости охлаждения.
Механическая задача требует указания мест закрепления конструкции и его типа. Возможны варианты жесткого и упругого закреплений, а также задание условий симметрии (рис. 4).
Решение тепловой задачи позволяет наблюдать распределение тепловых полей в ходе сварки, получить распределение металлургических
У
x
а
б
Рис. 5. Результаты решения тепловой задачи: а - тепловые (температурные) поля от лазерного излучения; б - тепловые поля от электрической дуги; в - твердость околошовной зоны после сварки, НУ; г - распределение феррита после сварки, %
в
Рис. 6. Результаты решения механической задачи: а - поля перемещений после сварки, мм; б - интенсивность напряжений по Мизесу, МПа; в - распределение контактного давления между деталями в начале сварки, Н; г - распределение контактного давления между деталями в конце сварки, Н
t, c
Рис. 7. Расчетная модель, состоящая из 236589 элементов
1 2 4 8 16 32 п
Рис. 8. Результаты ускорения распараллеливания по количеству процессоров и оперативной памяти по DMP режиму: Ь - затраченное время; п - количество используемых процессоров
Рис. 9. Схема решения по алгоритму DMP:
а - сетка всей конструкции; б - разделение сетки на домены
KU1 Anr^ï
IWMhlPÏTK 1
фаз в объеме наплавленного металла, а также определить твердость зоны шва и околошовной зоны (рис. 5).
Решение механической задачи позволяет отслеживать деформирование конструкции в ходе процесса, определить максимальные остаточные напряжения, значения сил реакций в зажимах от нагрузки и величины контактного давления в местах касания деталей, а также получить данные по интенсивности напряжений и главным напряжениям (рис. 6).
Существует также алгоритм распараллеливания задачи в режимах SMP и DMP, что позволяет получить результаты в сжатые сроки. Особенность режима распараллеливания в том, что задача может просчитываться на нескольких ЭВМ, с использованием всех процессов этих систем по одному и тому же командному файлу. Например,
для расчета модели, представленной на рис. 7, ускорение при использовании восьми процессоров составляет около шести раз (рис. 8). Схема применения процесса DMP для разделения представлена на рис. 9. Сетка автоматически разбивается на четыре поддомена. Метод применения DMP-алгоритма называется METIS. В дальнейшем каждый домен считается отдельным процессором.
Работая с постпроцессором, получаем аналогичные SYSWELD результаты по решению тепловой, металлургической и механической задач.
В отличие от предыдущих решений, Weld Planer предусматривает работу только с поверхностными элементами, что позволяет рассчитывать технологические параметры сварки больших и сложных конструкций из листового металла.
а
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
Заключение. Расчеты в SYSWELD и Visual Weld дают конкурентное преимущество, которое позволяет создавать технологичные сварные конструкции. С помощью продуктов ESI Group появляется возможность оптимизировать технологические параметры сварки, такие как: погонная энергия, скорость сварки, скорость охлаждения шва и околошовной зоны.
Прорабатывая научную сторону и комплексный подход в моделировании сварки, используя SYSWELD и Visual Weld можно значительно сократить затраты на опытное производство, повысить качество выпускаемой продукции, осуществлять сложные проекты, на выполнение которых требовались значительные ресурсы.
GENERAL CAPABILITIES OF SOFTWARE PACKAGE WELDING SIMULATION SUITE
© Bilenko G.A.
A short review of general capabilities of ESI Group's Welding Simulation suite are given. General data which are necessary to set up welding tasks and output results which user can have after a calculation are described. Keywords: ESI Group; SYSWELD; Visual Weld; Pam-Assembly; Weld Planner.
m
СИЕ ЭНЕРГОМАШ
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
«Сибэнергомаш» стал экспонентом крупнейшей азиатской выставки POWER-GEN India & Central Asia 2011
На единой российской экспозиции под эгидой Министерства энергетики РФ ОАО «Сибэнергомаш» наряду с другими компаниями отрасли приняло участие в крупнейшей азиатской выставке и конференции по выработке, передаче и распределению электроэнергии POWER-GEN India & Central Asia 2011, которая прошла в мае в Нью-Дели в выставочном центре Pragati Maidan.
В данном мероприятии, проводимом ежегодно, участвует более 300 компаний.
Целью выставочного мероприятия в 2011 г. стало рассмотрение технических и логистических вопросов, стоящих перед реализацией амбициозных правитель-
ственных планов по модернизации энергетической инфраструктуры Индии.
«Выставка стала не только прекрасной возможностью для демонстрации нашего предприятия как серьезного игрока на рынке поставок энергетического оборудования, но и позволила показать свои возможности, потенциал и достижения. Наработанный десятилетиями опыт в области разработок и конструирования оборудования для нужд большой энергетики позволяет нам сегодня уверенно смотреть в будущее и оценивать рынок Индии как перспективный и стабильный для своей продукции», - отметил генеральный директор ОАО «Сибэнергомаш» К. Рябов.
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.