В этом году VIII международная конференция "Композиты СНГ-2018" — ежегодная эффективная площадка для встреч представителей делового и научного сообществ, участвующих в производстве и применениях композиционных материалов и решений на их основе в странах Содружества Независимых Государств (СНГ), состоялась 11-12 октября в гостинице "Рэдиссон Роза Хутор" на Красной Поляне в горах над Сочи.
По уверениям организаторов, проведение такого рода конференций в местах, удаленных от столичной суеты, позволяет участникам сосредоточиться на содержании докладов и принять живое обсуждение в прениях. Забегая вперед, необходимо отметить, что данный тезис получил реальное подтверждение в процессе проведения конференции. Порядка 90% делегатов конференции не покинули заседаний до самого конца второго дня, принимая самое непосредственное участие в обсуждении сделанных спикерами докладов.
Отель "Редиссон Роза Хутор" / Официальный сайт Radisson
Кроме российских ученых и специалистов, чиновников, бизнесменов и предпринимателей, на конференции присутствовали ученые и специалисты из Белоруссии и других стран Содружества, а также из Чехии. В основном это были представители компаний — разработчиков различных композиционных материалов, а также изделий из них, представители крупных научных центров, например, ЦАГИ имени профессора Н.Е. Жуковского, МГУ им. Ломоносова, Пермского национального исследовательского технического университета и ряда других организаций.
Заметное количество среди участников конференции занимали представители разработчиков различных компьютерных приложений, предназначенных для проектирования изделий из композиционных материалов.
В качестве основной темы конференции рассматривалась роль численных методов в процессе создания полимерных композиционных материалов и стоимостной анализ жизненного цикла изделий из них. В рамках основной темы конференции большое внимание было уделено математическому моделированию изделий из композитов, в том числе:
основным положениям применения численных методов;
разработке и управлению числовыми моделями изделий, в первую очередь, обеспечению их качества, верификации и валидации;
численному моделированию физических процессов, в том числе, механики твердого тела, низкоскоростных и высокоскоростных ударов;
валидации пакетов программного обеспечения,
применению математических моделей для замены дорогостоящих натурных экспериментов виртуальными испытаниями и имитационным моделированием, в том числе при сертификации изделий (при подтверждении соответствия)
Несмотря на достаточно внушительное присутствие на конференции представителей авиационной отрасли, специализирующихся в области создания элементов летательных аппаратов из композитов, а также компаний, внедряющих программные продукты в этой области, морские композиты заняли в обсуждениях свое, по мнению автора, достойное место.
Михаил Францев / Корабел.ру
Во-первых, мной как представителем компании "Ахто-Пласт-Эксперт" был сделан развернутый доклад, в котором рассматривались способы верификации проектных решений, полученных численными методами при создании судов и их крупных элементов из композитов с позиций обеспечения их характеристик долговечности. В докладе была рассмотрены основные положения механики разрушения композиционных материалов, их эксплуатационное поведение, а также критерии разрушения.
Был широко освещен опыт разработки в среде ANSYS конечно-элементной прочностной модели надстройки пассажирского судна на подводных крыльях, выполненной под руководством автора в МИЦ "Композиты России" при МГТУ им. Н.Э. Баумана. Были рассмотрены другие примеры проектирования конструкций из композитов с использованием среды ANSYS, в том числе, на основе ячеистой структуры. Были сформулированы и проиллюстрированы принципы верификации численных моделей с использованием инструментальных исследований методами неразрушающего контроля. В заключение доклада были озвучены выводы, полученные разработчиками скоростного катамарана из композита на основе углеродного волокна с использованием программных комплексов ANSYS, NASTRAN и PAM-RTM.
Надстройка СПК из композитов: исходная геометрия, конечно-элементная модель, перегрузки от изгибающего момента, опытный образец / Михаил Францев
С описанным выше докладом очень близко перекликался доклад, сделанный представителем компании "PLM Урал" А.О. Шибаевым, который был посвящен использованию численных методов при проектировании изделий из композиционных материалов. В частности, в докладе рассматривался программный пакет ESI PAM-RTM, который предназначен для моделирования технологического процесса изготовления композитного изделия методом пропитки сухой ткани связующим.
В этом программном продукте реализована возможность расчета всех основных технологий производства методом инжекции связующего в форму. В ходе расчета пользователь отрабатывает оптимальную схему производства изделия, варьируя при необходимости, схему подачи/отвода связующего, расположение вакуумных портов, укладку композита, материалы, связующее, температурные режимы и так далее. Прогнозируется фронт распределения связующего, наличие сухих зон, пористость изделия, поле давления, степень полимеризации и ряд других параметров. Расчет процессов пропитки композитов позволяет определить оптимальную технологию производства, спрогнозировать места образования и причины появления дефектов. Аудитория проявила к докладу большой интерес.
В докладе также сообщалось, что программа PAM-RTM использовалась при постройке на Средне-Невском судостроительном заводе скоростного пассажирского катамарана из композита на основе углеродного волокна. Доклад вызвал живое обсуждение.
Вторая очередь Цеха стеклопластикового судостроения СНСЗ
Много внимания в докладах было уделено такому перспективному материалу, как композит на основе базальтового волокна или базальтопластик. Доклад ученого секретаря НПО "Стеклопластик" Деминой Н.М. был посвящен сравнительному анализу армирующих высокопрочных стеклянных и базальтовых волокон и их перспективному применению в различных областях техники, в том числе, в судостроении. В докладе представителя научно-производственной компании "РБ-Композит" Шестопалова В.Ю. рассматривались особенности создания и использования сотового заполнителя на основе стекло-, базальто- и углепластиков, в том числе, как материала среднего слоя изделий из композитов для судостроения.
В докладе, в частности, указывалось, что данные материалы рассматриваются Средне-Невским судостроительным заводом как основа для изготовления крышек люков различных типов. По сообщению ряда других докладчиков, пространственно армированные конструкции из композитов на основе различных типов армирующих волокон в настоящее время рассматриваются в качестве очень перспективных материалов для судостроения, в частности, эти материалы также привлекают внимание Средне-Невского судостроительного завода, как основа для изготовления дельных вещей.
Большой интерес вызвал доклад представителя компании ИТЕКМА И.А. Тимошкина, в котором рассказывалось о результатах создания огнестойкого композита, выдерживающего испытания открытым огнем при высоких температурах. Известно, что пожарная опасность является одним из сдерживающих факторов применения композитов в отечественном гражданском судостроении. Поэтому применение такого рода материалов для огнестойких и огнезадерживающих конструкций может позволить решить эту проблему при условии сертификации этих материалов по правилам отечественных классификационных обществ.
Таким образом, учитывая изложенное выше, можно видеть, что, несмотря на окружающие горы, вопросам судостроения было уделено немало внимания.
Отель "Редиссон Роза Хутор" / Официальный сайт Radisson
Как общий вывод, необходимо отметить, что при всей целесообразности использования средств компьютерного моделирования необходимо иметь верифицированные модели для достаточно точного описания реального процесса. Верификацию необходимо проводить с использованием опытных образцов, а также на основе результатов достаточно хорошо организованных исследований и экспериментов. Это позволит добиться в перспективе лучшей сходимости между результатами расчетов численными методами и эксплуатационными параметрами и характеристиками изделий из композитов.
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 07:17Касательно верификации компьютерного моделирования - это все уже сделано, это делают разработчики программ МКЭ, но только на простейших моделях и по ограниченному перечню параметров. Для сложных моделей навряд ли это возможно достоверно, попробуйте на практике замерить напряжения в каждом слое в разных направлениях... Если еще и учесть упрощения присуствующие в каждой модели (например, отсуствие технологических радиусов и дефектов), то достоверная верификация окажется невозможной. Перекладывать верификацию расчетов МКЭ на плечи КБ нереалистично и никто это не будет делать - не укладывается в бюджет большинства проектов. Мы используем МКЭ для решения задач общей прочности и прочности элементов (например, фундаментов двигателей), и здесь возможные погрешности моделирования покрываются довольно большими запасами для композитов в правилах КО - обычно составляют 2,0...3.3.
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 16:12Вы оптимист, Альберт! Как раз разработчики программ говорят, что работы - непочатый край. И пользователи - тоже.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 16:44У нас таких проблем с верификацией нет, мы пользуемся Strand7 которая "заточена" под композиты, конечно они совершенствуются но это дело разработчиков. Программы - это лишь инструмент создания современных судов. Если инструмент работает, он нас устраивает. И это получается, за 2018 спущено 7 новых наших проектов из композитов длиной от 9,0 до 19,9м.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 16:45Как всегда, самореклама и ничего по существу. Вам нужно попросить на Корабеле рекламный раздел
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 16:49Построенные суда - это очень даже по-существу, я считаю :) Не каждый, считающий себя экспертом, их может предъявить. За построенными судами - реальный опыт, а не разговоры о "математических моделях". Без обид!
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 16:59Никаких обид. Просто это разные области человеческой деятельности. В начале этого года один строитель с задатками философа предложил мне идею о существовании своего рода "пищевых цепочек". Так вот, согласно его идее, проектировщики и строители композитных судов (чаще всего "в одном флаконе") являются по сути концевыми звеньями цепочки потребляя результаты работы создателей смол, матов, тканей, гидродинамиков, прочнистов, разработчиков методик, компьютерных приложений и.т.п. Убери из-под них (судостроителей) этот фундамент и они (проектировщики) окажутся, в лучшем случае, у небезызвестного корыта, а по факту у того дерева которое было древнейшим судном
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 17:03Вы же говорите, что КБ "не потянут" верификацию... Значит, кто-то это должен делать за них, чтобы они могли правильно проектировать
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 17:15На сегодняшний день, мы и без "верификаторов" правильно спроектируем :) Эти задачи уже решены, у разработчиков нашего софта есть бибилотека расчетных примеров, там простейшие задачи, но есть сравнение с экспериментом на пластинах. Верифицировать что-то более сложное, например прогиб корпуса или прочность фундамента водомета, в реальности невозможно. Може только написать "картинка соотвествует ожидаемой", не более. Так же надстройка СПК - у вас она посчитана с вырезами дверей, а изготовлена без них? Ну и как тут верифицировать?
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 17:08Кстати вот конкретные вопросы: а) у вас в презентации показан минимальный коэффициент запаса rf =1.2123, для надстройки из композитов. Насколько я помню, у РРР минимальный коэффициент запаса 2,0? б) на расчетной сетке и соотвественно на результатах расчетов не видно зон дополнительного армирования (усилений). Мы делали подобную надстройку, и вводили дополнительные слои вокруг вырезов, без этого все "трескается". Преимущество материала как в раз возможности делать усиления и адаптировать материал локально под нагрузки. Судя по картинкам, у вас везде одинаковое армирование, или это не окончательный вариант?
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 17:12Это одно из приближений, без подкреплений, закладных деталей и прочего. Там море картинок, я выбрал наиболее наглядные
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 17:15Кстати, совместно с Ховеркрафтом мы отработали методику проектирования надстроек АСВП из композитов, согласовали ее в РРР - он как разработчик, а я как эксперт, занимавшийся сертификацией проекта, а сейчас я наблюдаю за судами, имеющими такие надстройки, и исследую их методами НК после ледовых навигаций. И выясняется, что методика работает. Не одними запасами живет Регистр, но и прямыми расчетами. Кстати, это прямо прописано в правилах РРР
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 17:17Это хорошо и справедливо, что РРР разрешает снижать запасы, при использовании МКЭ. Другие КО этого практически не делают, берут стандартные запасы.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 17:17Не хвастайтесь. Ничего, кроме своих лодок вы не спроектируте. История с Псковскими катамаранами (а потом и петербургскими) это вполне хорошо показала. Шаг вправо, шаг влево - и мимо кассы. А у заказчиков проблемы...
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 17:24А я как раз не вижу никаких проблем проектирования с этими судами. Более того, псковские катамараны поставлены под РРР. Один из питерских - там было аварийное повреждение. Наверное куда проще ничего не строить, как вы, но прослыть экспертом :)
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 17:20С дверным вырезом надстройка должна ставиться сразу на судно. А эта, к моему сожалению, хранится. Поэтому вырезов не делали по согласованию с заказчиком. А по технологическим дефектам картинка вполне работоспособная
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 17:26Вот видите, отсуствие большого выреза за рубкой это очень существенное отличие от расчетной модели, так какая может быть верификация? :)
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 17:31Я был в РРР экспертом, точнее, старшим экспертом, по должности. Причем по совместительству. Будете - поговорим. Пока не о чем. Псковские катамараны под РРР не по проекту, а по анализу соответствия. А по проекту они не проходят. Мы для Чулкова весть проект пересчитали по Правилам РРР, основываясь на тех документах, которые вы ему дали. Тонет пароходик через корму. Это не говоря о дополнительных требованиях к пассажирским судам. Там - вообще глухо, как в танке. Если пароход после, по сути, пустячного повреждения стоит на стенке четыре года и никто не может придумать, как его отремонтировать, то может он спроектирован "по-левому"? Вам не кажется?
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 17:42Проект псковской верфи - они купили наш готовый проект судна, которых на тот момент было построено более 30 единиц, имеет сертификат СЕ на 20 человек категория В, чрезвычайно надежное судно. Подчеркну: мы никогда не проектировали это судно специально под РРР, нам этого не заказывали и не платили за это. Если бы заказывали - мы бы спроектировали новое судно под РРР :) Ну а по второму случаю, я думаю, ремонт судна это проблема ресурсов судовладельца; я им давал четкие указания как выполнить ремонт. Второе судно этого проекта нормально эскплуатируется.
-0+
#Францев Михаил Эрнстович, 24.10.2018, 17:35Верификация - это проверка правильности применения проектных методик, а не анализ частностей, вытекающих из производственных обстоятелоьств. Читайте литературу, Альберт, а то мне иногда надоедает излагать вам азбучные истины
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 24.10.2018, 17:44Правильность проектых методик подтверждается успешной эксплуатацией судов, а не надстройкой, не соотвествующей расчетной модели и лежащей на складе мертвым грузом.
-0+
#Назаров Альберт Георгиевич, 26.10.2018, 16:30Вобщем, вести с полей: сегодня спущен еще один новый проект, это 12.9м скоростной катамаран для Бирмы. Судно из композитов, вакуумная инфузия, водометы, предназначено для перевозки 12 человек персонала/пассажиров и как разъездное. Постройка заняла 12 месяцев. Это уже 8-ой реализованный проект нашего КБ из композитов за этот год.
-0+
#Швецов Сергей Леонидович, 29.10.2018, 11:39Поздравляю!
Если не секрет, какие смолы использовали, чьего производства?
