5 - 2010

Solid Edge с синхронной технологией на службе фундаментальной физики

105-й элемент

Знание — сила

Первый проект в Solid Edge с синхронной технологией

Выбор синхронной технологии

Двойное ускорение

Лаборатория физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований (оияи) применяет передовые технологии от Siemens PLM Software для инновационных разработок, поддержки научных исследований и открытий.

105-й элемент

Современная мировая ядерная физика немыслима без открытий, сделанных в СССР и России. Отечественные ученые внесли чрезвычайно важный вклад в мировую науку: ими открыты новые элементарные частицы, изменившие ранее существовавшее представление о структуре атомного ядра; разработаны теории, позволяющие предсказывать некоторые свойства ядерных частиц при их взаимодействии; синтезированы новые химические элементы, открыт новый вид радиоактивности, развиты и приобрели самостоятельное значение исследования по регулируемому термоядерному синтезу.

Почти половина научных открытий в области ядерной физики, зарегистрированных в бывшем СССР, сделана в Объединенном институте ядерных исследований в городе Дубне Московской области. Институт имеет статус международной межправительственной научно-исследовательской организации, его учредителями являются 18 государств. Основными направлениями теоретических и экспериментальных исследований в ОИЯИ являются физика элементарных частиц, ядерная физика и физика конденсированных сред. Огромных успехов добились ученые ОИЯИ в сфере синтеза сверхтяжелых элементов: здесь были синтезированы все трансурановые элементы, открытые в СССР и России, и повторен синтез большинства трансурановых элементов, открытых в других странах.

Дубнинские физики внесли много ясности в понимание кварковой структуры адронов: кварковая модель адронов, созданная в Объединенном институте ядерных исследований, получила название «дубнинский кварковый мешок». Здесь открыт «остров стабильности» сверхтяжелых ядер, разработаны новые методы синтеза элементов. Только на протяжении последних нескольких лет в институте открыто пять новых химических элементов, включая 118-й. В знак признания высоких достижений дубнинских физиков Международный союз чистой и прикладной химии принял решение назвать 105-й элемент таблицы Менделеева именем «Дубний».

В начало В начало

Знание — сила

Огромное значение имеет гуманитарная миссия ОИЯИ — через совместные исследования окружающего мира способствовать взаимопониманию и взаимодействию между людьми разных стран. Исключительный научный потенциал Объединенного института ядерных исследований способствовал успешному сотрудничеству с Европейской организацией ядерных исследований (ЦЕРН) — они совместно осуществляют проект «Большой адронный коллайдер (LHC)».

Задачи

Использование передовых технологий для инновационных разработок, поддержки научных исследований и открытий.

Развитие международного научного сотрудничества в области фундаментальной физики.

Ключи к успеху

Применение Solid Edge с синхронной технологией для проектирования больших сборок со сложной геометрией и FEMAP для просчета узлов на прочность.

Результаты

Организация работы с данными из различных САПР.

Анализ проекта и уверенность в правильной сборке изделия еще до запуска его в производство.

Проектирование электромагнитного ондулятора для европейского рентгеновского лазера на свободных электронах ускорено в несколько раз.

Лаборатория физики высоких энергий им. В.И. Векслера и А.М. Балдина (ЛФВЭ), одна из восьми лабораторий ОИЯИ, является исследовательским центром для проведения широкого круга актуальных работ по физике элементарных частиц и атомного ядра. Здесь осуществляется широкое международное научное сотрудничество с CERN, физическими центрами России, стран — участниц ОИЯИ, США, ФРГ, Японии и др.

В начало В начало

Первый проект в Solid Edge с синхронной технологией

Лаборатория физики высоких энергий одной из первых в России применила систему Solid Edge с синхронной технологией — электромагнитный ондулятор для европейского рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL DESY был создан инженерами ЛФВЭ с использованием Solid Edge с синхронной технологией.

Электромагнитный ондулятор (от франц. onde — волна) — это прибор, в котором создаются периодические электрические, магнитные или электромагнитные поля для генерации электромагнитного излучения с помощью релятивистских электронов. Ондулятор представляет собой ряд расположенных специальным образом магнитов; возникающие электромагнитные поля действуют на движущиеся в нем заряженные частицы с периодической силой. Движущаяся заряженная частица, попав в ондулятор, совершает периодические колебательные движения и испускает ондуляторное излучение. Ондуляторы являются одним из основных элементов современных источников синхротронного излучения и лазеров на свободных электронах.

Созданный в ОИЯИ ондулятор состоит из более чем 10 тыс. деталей и включает сотни унифицированных компонентов, десятки уникальных сборочных узлов и других повторяемых элементов. Он имеет размер около четырех метров в длину и состоит из 44 мощных электромагнитов-«катушек». Ондулятор является составной частью европейского рентгеновского лазера на свободных электронах XFEL DESY — установки длиной в 3,4 км, размещенной в тоннеле в районе г.Гамбурга (Германия). Лазер XFEL DESY позволяет решать задачи, которые до появления нанотехнологий считались нерешаемыми. Например, исследования структуры белков открывают фантастические возможности в медицине, генетике, биологии.

В начало В начало

Выбор синхронной технологии

В рамках проекта XFEL DESY CAD-система Solid Edge с синхронной технологией применялась и российскими и немецкими инженерами. «Прорыв, который мы получили в результате использования системы проектирования Solid Edge с синхронной технологией, превзошел все наши ожидания, — рассказывает начальник конструкторского бюро Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ Алексей Шабунов. — Возможности системы и достигнутые нами результаты убедили наших международных партнеров выбрать Solid Edge».

По словам специалистов КБ, CAD-система среднего уровня от Siemens PLM Software достаточно проста в освоении. Для КБ Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ тот факт, что Solid Edge с синхронной технологией может легко работать с импортированными данными из других систем, очень важен, поскольку партнерские исследовательские институты используют различные системы автоматизированного проектирования. Достаточно мощный функционал Solid Edge позволил организовать работу с большими сборками со сложной геометрией. Благодаря 3D-визуализации инженеры Лаборатории физики высоких энергий смогли проанализировать проект и убедиться в правильной сборке изделия еще до запуска его в производство. «Использование передовых технологий позволяет уделить больше времени и ресурсов разработке инновационного функционала, поддерживающего научные исследования и открытия», — считает Алексей Шабунов.

Над созданием электромагнитного ондулятора инженеры из конструкторского бюро Лаборатории физики высоких энергий работали около полутора лет. Использование Solid Edge с синхронной технологией позволило собрать в общей модели проекты деталей, которые были созданы партнерами лаборатории в других CAD-системах. На этапе конструирования и моделирования с помощью Solid Edge проводились инженерные расчеты и подбор электромагнитных катушек, затем модель дорабатывалась прямым редактированием сборки. В ходе проектирования узлы изделия неоднократно представлялись заказчику с использованием встроенных средств визуализации, обсуждались и корректировались в сборке.

По чертежам, разработанным в системе Solid Edge, электромагнитный ондулятор был изготовлен на базе опытного производства ОИЯИ. Испытания прибора прошли успешно: было измерено магнитное поле в катушках и записана карта поля, предварительные расчеты совпали с результатами. После испытаний изделие было установлено и собрано на ускорителе XFEL DESY.

В начало В начало

Двойное ускорение

Solid Edge упростил и ускорил разработку системы подготовки канала элементарных частиц, системы коллимации пучка. Набор ирисовых диафрагм позволил дистанционно настраивать необходимые экспериментаторам параметры пучка частиц. Все спроектированные устройства работают в системах со сверхвысоким вакуумом, не ухудшая его параметров. Для выполнения условий в работе со сверхвысоким вакуумом использовались специальные материалы, все уплотнения и разъемы выполнены на металлических прокладках. Перед сборкой и установкой устройств на канал производились вакуумные испытания узлов на герметичность. Вакуумные камеры ондулятора прошли ультразвуковую мойку и отжиг в вакуумной печи.

На одной из иллюстраций к этой статье детально представлен один из узлов юстировки пуска частиц. На этапе проектирования узлы просчитывались на прочность встроенным FEMAP-модулем, что позволило оптимизировать сложные узлы вакуумных камер.

К работам по проектированию электромагнитного ондулятора привлекались и студенты Университета «Дубна». Встроенные средства обучения позволили будущим инженерам быстро овладеть приемами работы в системе Solid Edge c синхронной технологией.

«Использование Solid Edge с синхронной технологией позволило нам в несколько раз ускорить процессы проектирования и создания рабочей документации, оптимизировать трудозатраты на стадии проектирования, — уверен начальник конструкторского бюро Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ Алексей Шабунов. — Благодаря синхронной технологии и возможностям импортирования процесс проектирования существенно ускорился, сократилось количество ошибок».

В начало В начало

САПР и графика 5`2010