Елена Лукьянова,
инженер технической поддержки, ГК «ПЛМ Урал»
Сварные соединения в современном производстве используются в самых различных областях — от автомобиле- и самолетостроения до возведения архитектурных шедевров. Сварка соединяет металлические детали для создания максимально прочных соединений, которые выдерживают значительные нагрузки, долгое время находясь в разнообразных эксплуатационных условиях. Эволюция сварочных технологий продолжает удивлять новыми открытиями и методами. Развиваются не только теоретические основы сварки, создаются также и эффективные методы моделирования и имитации сварочных процессов. Одно из таких решений — отечественное программное обеспечение SIMMAX-WELDING, разработанное группой компаний «ПЛМ Урал». Это ПО сделало значительный шаг вперед в области компьютерного моделирования сварки и смежных технологий. Программа SIMMAX-WELDING дает пользователям возможность наглядно имитировать сложные сварочные процессы, значительно упрощая работу инженеров и проектировщиков.
Значение моделирования сварки
С помощью компьютерного моделирования сварки можно заранее оценить поведение свариваемого изделия, выявить потенциальные проблемы и оптимизировать процессы до их фактического выполнения. Это позволяет экономить время и ресурсы, предотвращать ошибки и снижать риск появления дефектов в готовых продуктах.
Компьютерное моделирование
представляет собой сложный многоэтапный процесс, который включает:
- анализ данных (сбор и обработку исходной информации, уточнение задачи, проектирование структуры модели);
- построение спецификации модели, исследование ее качественных особенностей и адекватности;
- использование модели в различных режимах и задачах;
- интерпретацию результатов моделирования;
- генерацию отчетов.
SIMMAX-WELDING решает множество специфических задач моделирования сварочных процессов. В арсенале ПО имеется обширный набор инструментов для глубокого анализа сварочных процессов — при моделировании сварки учитывается ряд особенностей, таких как типы сварки, параметры процесса, особенности материалов.
Развитие отечественного ПО как никогда актуально для обеспечения независимости и устойчивости технологических процессов глобализации в условиях растущей зависимости от зарубежных технологий.
Интерфейс программы SIMMAX-WELDING
Возможности программы
SIMMAX-WELDING — это инновационное программное обеспечение с уникальными возможностями и рядом функций, которые делают его незаменимым инструментом для инженеров и ученых.
Основа программы — метод конечных элементов (МКЭ), дающий пользователям возможность выполнять высокоточные расчеты и симуляции сложных сварочных операций.
Важной частью SIMMAX-WELDING является собственный решатель линейных алгебраических уравнений. Этот решатель оптимизирован для работы с большим числом элементов, что важно для инженерных задач, где требуется высокая точность и способность обрабатывать сложные геометрии и большие объемы данных.
Интерфейс одного окна значительно упрощает взаимодействие с программой. Все необходимые инструменты и функции объединены в одном визуальном пространстве. Пользователь может переключаться между различными функциями и настройками без постоянного перехода между окнами.
Распределение остаточных напряжений после сварки
Распределение напряжений после термической обработки
SIMMAX-WELDING позволяет детально моделировать процесс сварки, учитывая все ключевые параметры и особенности, что обеспечивает высокую точность в прогнозировании результатов сварки и улучшение качества сварных соединений. Программа дает возможность:
- моделировать различные технологии сварки (такие как дуговая сварка, лазерная сварка, сварка трением с перемешиванием). То есть ПО можно адаптировать под разнообразные потребности и задачи, учитывая особенности каждой технологии;
- моделировать различные условия сварки, включая подогрев и подкладку, для более точного воспроизведения реальных условий в процессе сварки;
- моделировать распределение тепла в материале во время сварки, включая вычисление температурного градиента, который формируется в зависимости от источника тепла, скорости сварки и физических свойств материала. Так как высокие температуры, возникающие в процессе сварки, могут существенно изменить свойства материала, важно понимать, как тепло влияет на прочность, твердость, пластичность и другие механические свойства материала;
- анализировать разные термические зоны (зоны плавления, зоны термического влияния и зоны основного металла), чтобы предсказать, как они будут взаимодействовать и какие будут результаты по окончании сварки;
- анализировать влияние температуры и скорости охлаждения на фазовые изменения (плавление и кристаллизацию материала, приводящие к образованию новых фаз и структур);
- анализировать фазовые переходы, чтобы предсказать механические свойства сварного соединения. Это особенно важно для обеспечения качества сварных соединений в ответственных конструкциях.
Детализированный анализ тепловых полей и фазовых переходов позволяет не только оценить текущее состояние материала после сварки, но и оптимизировать параметры процесса для достижения желаемых свойств конечного изделия.
Фазовый состав
Встроенный набор подвижных источников тепла поможет смоделировать различные виды сварки, включая сварку электрической дугой, лазерную сварку и другие процессы.
Программа оснащена моделями различных источников тепла (таких как электрическая дуга, лазерный луч и др.) и может имитировать поведение реальных сварочных инструментов, передавая тепловую энергию на металл.
Программа использует встроенные математические модели для описания распределения тепла в пространстве. Эти модели помогают в точности воспроизводить процесс нагрева и плавления металла, учитывая все физические свойства и особенности сварки.
Моделирование движения источников тепла по различным траекториям позволяет учитывать поведение реального сварщика, который перемещает сварочный инструмент по заданной траектории.
Модель сварочного источника в интерфейсе программы SIMMAX-WELDING
В программу заложена возможность настройки различных параметров сварочного источника (силы тока, напряжения, скорости перемещения источника и его размеров). Эти параметры влияют на распределение тепла, размер и форму сварочной ванны, а также на качество сварного шва. Регулировка силы тока и напряжения изменяет интенсивность и фокусировку теплового потока. Скорость перемещения источника тепла определяет скорость сварки и распределение энергии по поверхности изделия. Размеры источника влияют на площадь воздействия тепла и форму сварочного шва.
Если температура окружающей среды постоянна, в программе используются фиксированные значения. Если температура среды изменяется во времени, можно учесть динамику этого изменения. Условия теплообмена могут действовать или на все поверхности теплообмена, или локально, только на определенных участках, — это также учитывается в программе.
Интегрированный в программу SIMMAX-WELDING генератор сеток на базе ядра GMSH обеспечивает создание высококачественных и точных сеток для анализа. Программа также включает базу данных материалов и сварочных условий, что упрощает выбор параметров и делает процесс настройки более быстрым и удобным.
Реализация различных видов закреплений расширяет возможности для симуляции взаимодействия объектов и их взаимодействия с окружающей средой и позволяет создавать более точные и реалистичные модели для анализа поведения конструкций под воздействием сварки:
- при жестком закреплении (фиксированном) часть изделия фиксируется в пространстве, не допуская никакого перемещения или деформации. Это полезно для моделирования изделий с жесткой заделкой (фиксацией) всех или некоторых частей. В реальных сварных конструкциях такие закрепления могут быть реализованы с помощью прихваток, болтов и т.д.;
- закрепление с условием симметрии используется для упрощения расчетов и моделирования объектов, симметричных относительно какой-либо оси или плоскости, — накладывается условие симметрии, чтобы рассчитать только одну часть объекта, а затем экстраполировать результаты на весь объект;
- упругое закрепление моделирует ситуации, когда части конструкции связаны, но при этом допускается некоторое движение или деформация, например, через пружины или эластичные зажимы;
- условия контакта применяются для моделирования взаимодействия между двумя или более поверхностями, которые соприкасаются, скользят или передают нагрузки друг относительно друга. Условие контакта учитывает как упругие, так и пластичные деформации, а также трение между контактирующими поверхностями.
Кроме того, SIMMAX-WELDING умеет моделировать нагружение изделия после сварки для предсказания того, как соединение будет вести себя при эксплуатации в реальных условиях.
Анализ короблений после сварки
Процесс моделирования в SIMMAX-WELDING
Этапы расчета в процессе анализа сварочных конструкций можно описать следующим образом:
- Работа с геометрией — CAD-модель конструкции загружается в программное обеспечение. Этот базовый шаг задает форму и размеры объекта, с которым предстоит работать.
- Построение сетки конечных элементов — конструкция делится на множество более простых элементов (треугольник, тетраэдр).
- Задание параметров процесса — задаются основные параметры анализа, определяются основные и присадочные материалы, среда сварки (например, воздух или инертный газ), вид сварки и режимы, условия закрепления детали и приложение нагрузки.
- Запуск расчета — вычислительный этап, в ходе которого программа анализирует поведение конструкции под заданными условиями.
- Анализ результатов — интерпретируются результаты расчета, выявляются возможные проблемы и принимаются решения по их устранению или оптимизации конструкции.
Преимущества отечественного программного обеспечения
Использование SIMMAX-WELDING обеспечивает ряд преимуществ.
Адаптация и поддержка
SIMMAX-WELDING полностью адаптирована для российского рынка и гарантирует высокий уровень технической поддержки. Программа удобна и доступна для русскоязычных пользователей и обеспечивает быстрое решение возникающих проблем.
Интеграция с российскими стандартами
Программа учитывает требования российского законодательства, стандартов и нормативов, что делает ее особенно полезной для отечественных компаний и исследовательских учреждений, работающих в соответствии с местными требованиями.
Экономия затрат
Использование отечественного ПО сокращает затраты на лицензии и услуги, связанные с зарубежными программными продуктами. Это также снижает риски, связанные с изменениями в политической и экономической ситуации, которые могут повлиять на доступность и стоимость зарубежных решений.
Стимулирование внутреннего производства
Поддержка отечественных разработок способствует развитию местного рынка программного обеспечения и стимулирует инновации в области технологий моделирования. Это, в свою очередь, благоприятствует созданию новых рабочих мест и развитию технологической инфраструктуры в стране.
Перспективы развития SIMMAX-WELDING
Будущее SIMMAX-WELDING выглядит многообещающим. Уже намечен ряд перспективных направлений развития.
Интеграция с искусственным интеллектом и машинным обучением
В ближайшие планы входит интеграция с новыми технологиями, такими как искусственный интеллект и машинное обучение. Такие технологии позволят улучшить точность моделирования и автоматизировать процесс анализа результатов, значительно повысить эффективность и скорость работы программы, а также обеспечить более глубокий анализ и предсказание поведения сварочных соединений.
Расширение базы данных материалов
Расширенная база данных материалов охватит большее количество типов и марок материалов в процессе моделирования. Это сделает программу более универсальной и подходящей для широкого круга применений.
Улучшение инструментов для анализа
Усовершенствование инструментов для анализа обеспечит более точное и детализированное понимание результатов моделирования для более полных и точных данных о сварочных процессах и их влиянии на конечное изделие.
Развитие пользовательского интерфейса
Развитие пользовательского интерфейса для повышения удобства и интуитивности работы с программой включает улучшение визуализации данных и взаимодействия с пользователем, а также упрощение настройки параметров.
Заключение
SIMMAX-WELDING — важное достижение в области отечественного программного обеспечения для моделирования сварочных процессов. Благодаря уникальным инструментам и возможностям программа позволяет значительно повысить точность и эффективность сварочных операций, улучшить качество и надежность конечных изделий, а также сократить затраты на тестирование и исправления.
Поддержка отечественных разработок, таких как SIMMAX-WELDING, способствует развитию внутреннего рынка программного обеспечения и стимулирует инновации в области технологий моделирования, создавая тем самым независимый и устойчивый технологический сектор в России. Наличие такого инструмента — неоценимое преимущество для успешной реализации сложных ответственных проектов в различных отраслях промышленности.
В дальнейшем SIMMAX-WELDING продолжит свое развитие, внедряя новые технологии и улучшая функциональность, чтобы программа оставалась на передовой линии технологий моделирования сварки и обеспечивала надежные и точные решения для инженеров и исследователей по всему миру.
