Matematické simulace

Matematické simulace metalurgických výrobních procesů a analýzy termomechanického zatížení konstrukcí

Útvar „Vývoj výrobků a rozvoj technologie" nabízí provedení matematických simulací výrobních procesů z oblasti ohřevu, tepelného zpracování, tváření za tepla i za studena a svařování ocelí a dalších kovů a dále výpočty teplotně mechanického zatížení různých konstrukčních prvků.

Matematické simulace procesů jsou řešeny odborníky v daných oblastech se zkušenostmi získanými přímo v praxi. Výsledky tak mohou být poskytovány nejen formou technické zprávy popisující řešený problém, nýbrž i návrhem optimálního řešení. 

Vědecký tým

Kolektiv pracovníků zabývající se těmito simulačními analýzami se skládá z pracovníků vysokoškolsky vzdělaných s nadstavbou doktorandského studia

  • Ing. Jiří Petržela, Ph.D. - absolvent Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava, Fakulty metalurgie a materiálového inženýrství, obor tváření kovů.
  • Ing. Vladimír László, Ph.D. - absolvent Vysoké školy - Technické univerzity v Košicích, Hutnické fakulty, obor tváření kovů.
  • Ing. Marek Bárta, Ph.D. - absolvent Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava, Fakulty strojní, obor aplikovaná mechanika, Katedra pružnosti a pevnosti.
  • Ing. Petr Jonšta, Ph.D. - absolvent Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava, Fakulty metalurgie a materiálového inženýrství, obor nové technické materiály.
  • Ing. Radek Sztefek, Ph.D. - absolvent Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava, Fakulta strojní, obor strojírenská technologie.
  • Ing. Michal Sušovský - absolvent Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava, Fakulty metalurgie a materiálového inženýrství, obor tváření a úprava materiálů.
  • Ing. Alois Hrabovský - absolvent Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava, Fakulty strojní, obor hutní tvářecí stroje.

Výpočtový software

MSC MARC

Jedná se o numerický software založený na metodě konečných prvků, pomocí kterého lze řešit celá škála výrobních procesů založených na tváření materiálu. Marc je ideální software, který má schopnosti elegantně simulovat všechny druhy nelinearity - geometrické, materiálové a nelinearity okrajových podmínek, včetně úloh s velkým počtem kontaktních těles.

  • Software využívá automatické dvourozměrného a trojrozměrného přesíťování (remeshing) pro analýzu velkých deformací a také pro simulace šíření trhlin.
  • Software umožňuje simulovat pohyby těles při jejich současné napěťově deformační analýze.

Kontaktní tělesa lze zvolit buď jako deformovatelná (u kterých lze provádět přestup tepla a sledovat jejich namáhání, nebo absolutně tuhá tělesa (např. vykonávající pohyb, oblasti ohraničení, atd).

 

Simufact.forming

Jedná se o program sloužící pro simulaci tvářecích procesů (za studena i za tepla). Je zaměřený na požadavky průmyslu svázaného s tvářecími procesy. Je založený na metodě konečných prvků a konečných objemů, co výpočet podstatně zrychluje výpočetní čas.

Typy úloh:

  • Lineární elastické analýzy
  • Nelineární elastoplastické analýzy, které zahrnují všechny formy nelinearity (materiálové, geometrické, kontakty mezi tělesy) 
  • Teplotní analýzy (ohřevy, ochlazování) 
  • Spojené teplotně-mechanické analýzy, kde je kombinován proces tváření při současném přestupu tepla mezi tělesy a mezi okolím. 

Software umožňuji např. automatické sledování přeložek, sledování toku materiálu, simulace odpružení a zbytkových napětí. Sw jsou schopné zahrnout výpočet vzniku tepla od procesu tváření materiálu (tzv. přetvárná práce). Pomocí výsledků MKP analýz lze z napětově deformačního stavu provést analýzu životnosti za pomocí programu SKALA. 

Výhody simulačních softwarů:

  • virtuální verifikace správného tvaru nástrojů a parametrů procesu,
  • redukce nákladů pomocí rychlejšího a efektivnějšího procesu implementace,
  • zvýšená životnost nástrojů,
  • zvětšená stabilita procesů,
  • lepší využití strojů,
  • rozšíření oblasti nabízených výrobků – výroba složitějších detailů.

SYSWELD

Software Sysweld umožňující virtuálně simulovat procesy svařování, tepelného zpracování a obecně procesy ohřevu/ochlazování. Numerické simulace jsou realizovaný metodou konečných prvků. Výsledkem analýz jsou teplotní pole, materiálová struktura, velikost zrna, tvrdost v jednotkách HV, zbytkové napětí a deformace, distorze, predikce meze kluzu v oblasti svaru a teplotně ovlivněné zóně. Obrovskou výhodou tohoto softwaru je metalurgický model, který umožňuje podchycovat materiálové procesy odehrávající se v materiálu z mikrostrukturního hlediska, tzn., možnost predikovat mikrostrukturní fázové transformace.

Sysweld svým principem řešení navíc umožňuje simulovat i různé druhy externího zatížení, tzn., funguje jako řešič pevnostních výpočtů a to jak v oblastech elastického, či elastoplastického chování materiálu, tak i v oblastech podcreepového a creepového chování matriálu. Obrovskou výhodou tohoto simulačního softwaru, je možnost neopomíjet po-výrobní stav materiálu z pohledu residuálních pnutí a ekvivalentních deformací výrobku, tzn., Sysweldem si je možno nasimulovat podstatné finální výrobní operace (jakostní tepelné zpracování a svařování) a s touto historií dále při výpočtu externích zatížení počítat a tím vlastně zkoumat i vlivy výrobních podmínek na chování při zatížení.

SOFTWARE UMOŽŇUJE MATEMATICKY SIMULOVAT PROCESY:

  • tepelné zpracování (od ohřevů při vysokých teplotách a rychlostech, až po velmi intenzivní ochlazování v kalicích lázních);
  • jednovrstvé a vícevrstvé svařování;
  • chemicko-tepelné zpracování (cementování, nitridování, atd.);
  • externí silové zatížení součástí a konstrukcí v kontinuální návaznosti po výše uvedených výrobních procesech.

I - DEAS

I-DEAS je software zaměřený zejména na oblast pevnostních výpočtů a napěťových deformačních analýz. Vyznačuje se výbornou vazbou mezi 3D modelářem a FEMem, což je nedocenitelné hlavně ve fázi návrhových výpočtů, kdy provede modifikaci sítě i okrajových podmínek zcela automaticky. Tvorba sítě je tak rychlá a jednoduchá – využívá se to např. pro přípravu matematické simulace pro sw „Marc". Je však možné použít tzv. mapovanou síť a to zejména u kontaktních úloh kdy je vhodnější specifikovat kontaktní páry. Je možno také přijímat 3D modely i z jiných software.  Nezanedbatelnou položkou ve výčtu reálného využití software I-DEAS je posuzování vlivu vad a nepřesností ve výrobě.

PŘÍKLADY APLIKACE I-DEAS:

  • úlohy  z oblasti válcoven, rouroven (stojany válcovacích stolic, stavění, válce, valníky, obraceče, chladníky, manipulátory, tlačky, hranidla, atp.),
  • kontilití (otočné licí stojany,výběhový úsek, pánvové hospodářství ),
  • přepravy tekuté oceli ( licí pánve, struskové pánve, pojízdné mísiče ),
  • přepravy a manipulace s materiálem ( přepravní rámy a podstavce, zvedací  a závěsné pomůcky pro zavěšení na jeřáby, pro tepelné zpracování  výrobků ),
  • pro upínání těžkých dutých výrobků do hrotů „koníku" soustruhu

Magma