Por mais de 5 anos, temos usado a simulação numérica como um método para resolver vários problemas de engenharia:
- determinação dos parâmetros dos processos tecnológicos que não podem ser medidos durante os testes de campo;
- avaliação da eficiência dos equipamentos e tecnologias planejadas para uso;
- promoção de produtos novos e exclusivos aos clientes;
- determinação de requisitos para características mecânicas de materiais promissores em tecnologias futuras
Eu, Oleg Kopaev , sou o responsável pela modelagem numérica na Severstal, e hoje apresento a vossa atenção uma seleção dos projetos mais interessantes que concluímos no ano passado.
Simulação - a capacidade de estudar fluxos de aço líquido em um distribuidor em uma planta de lingotamento contínuo
Testando várias hipóteses- uma das áreas mais exigidas do nosso trabalho. Sempre há muitas ideias “inovadoras” por aí: “nossos concorrentes alcançaram…”, “a tecnologia do futuro é apresentada na conferência…”, “uma nova startup tecnológica…”, algumas delas parecem muito atraentes economicamente. Existem várias maneiras de verificar quais dessas ideias podem ser aplicadas em nossa empresa e darão o lucro pretendido, e quais não. Você pode arriscar, gastar dinheiro e testar a ideia no âmbito da produção piloto. Você pode organizar P&D com um parceiro externo e esperar boa sorte na escolha de um contratante. No entanto, a experiência prática mostra que o mais eficaz é o estudo independente dessas iniciativas pelas forças dos departamentos especializados da empresa. E aqui, a modelagem numérica torna-se parte integrante do processo de tomada de decisão,o que permite testar o desempenho de uma ideia com relativamente pouco tempo e dinheiro.
Essa abordagem foi usada por nós em um projeto para avaliar a possibilidade de enrolar tubos de aço em uma bobina. Os tubos de aço em bobinas são amplamente utilizados na construção e reparo de poços de gás e petróleo. Eles permitem que você economize na montagem / desmontagem da coluna de perfuração. Esses tubos são produzidos em diâmetros relativamente pequenos, de até 100 mm. Foram feitas as seguintes perguntas:
- É possível produzir e fornecer tubos para clientes em bobinas de maior diâmetro, por exemplo, para a construção de dutos locais, ajudar a economizar na soldagem?
- Quais são os diâmetros e espessuras de parede máximos que podem ser fornecidos, de quais tipos de aço?
- Quanto esforço é necessário para enrolar e desenrolar tal tubo?
- Pudemos responder a todas essas perguntas criando um modelo de elementos finitos que simula o processo de bobinamento e nos permite variar os parâmetros de controle do processo.
À esquerda - parâmetros de processo incorretos, colapso local e destruição do tubo. À direita - um tubo com um diâmetro de 219 mm e uma espessura de parede de 6,5 mm é enrolado em um tambor com um diâmetro de 4 metros.
Acima de tudo, adoramos projetos sobre explosões e destruição , por isso ficamos felizes em começar a criar um modelo para teste de polígonos de tubos de grande diâmetro. As empresas que operam os principais gasodutos estão interessadas no fato de que em caso de emergência (você pode pesquisar no google fotos e vídeos para a solicitação "explosão em gasoduto") um trecho de tubulação com comprimento mínimo que pode ser reparado rapidamente é destruído.
Agora, testes de campo em grande escala estão sendo realizados para avaliar a resistência a rachaduras de tubos. O significado é simples - uma seção da tubulação é montada no aterro, uma alta pressão é criada nela, uma carga moldada é detonada na parte central da seção de teste da tubulação, o comprimento da fenda formada em cada direção está determinado.
Layout geral da área de teste
Infelizmente, os resultados dos testes sempre foram pouco previsíveis, uma vez que agora não há uma relação inequívoca entre as propriedades de laboratório do metal do tubo e o sucesso dos testes de campo. Para saber se o tipo de aço escolhido é adequado, precisamos fundir (no mínimo 350 toneladas de aço), laminar chapas, fazer tubos com elas, entregá-las ao aterro e só então saber o resultado.
A tarefa da modelagem é criar uma ferramenta que, com base em testes de laboratório de uma chapa de aço, possibilite determinar o resultado de testes de campo com alta precisão.
Resultados de testes virtuais. Dependendo das propriedades mecânicas do tubo, a rachadura pode se propagar linearmente ou retornar
Conseguimos criar essa ferramenta e estamos realizando testes virtuais de nossos tubos de aço X100 mais fortes para os principais gasodutos. Esses tubos ainda não são usados na Rússia. Além disso, pretendemos desenvolver um método de cálculo da resistência de tubos à propagação de trincas com base em testes de laboratório e oferecê-lo aos nossos parceiros e clientes.
Entre nossas tarefas estão os cálculos de processos de conformação de metais, mais comuns na metalurgia ferrosa. ... Os cálculos de tais processos são feitos, provavelmente, por todos os alunos de uma especialidade de perfil, muitos livros e dissertações já foram escritos. Mas por várias razões, esses cálculos costumam usar simplificações e suposições significativas, por exemplo: "rolos cilíndricos", "rolos absolutamente rígidos", "a estrutura do suporte é absolutamente rígida", "a geometria do rolo é constante".
Essas simplificações não nos permitiriam realizar outro projeto - determinar o perfil ideal do rolo da bancada do laminador a quente, o que nos permite minimizar tensões no rolo e a probabilidade de falha do rolo. Portanto, em nosso modelo:
- a geometria e o funcionamento do suporte correspondem à realidade;
- a cama é deformável;
- rolos são perfilados;
- os rolos são deformáveis, uma força anti-flexão é aplicada aos rolos de trabalho;
- o desgaste da superfície do rolo durante a campanha de laminação é levado em consideração.
Maquete do estande de um laminador a quente
A ferramenta criada permitiu estudar detalhadamente os processos de carregamento e desgaste dos rolos de trabalho de um laminador a quente, e desenvolver perfis mais eficientes.
Distribuição de tensões nos rolos de trabalho (esquerda) e áreas de deformação plástica (direita) no início e no final da campanha de laminação
Nos últimos anos, os departamentos de reparos da empresa e de nossos clientes desenvolveram uma demanda para analisar os processos de desgaste dos equipamentos por mídia em massa . Realizamos um trabalho piloto neste tópico junto com nosso parceiro, KADFEM CIS, em um novo produto de software chamado Rocky.
Na extração de minérios, são amplamente utilizados caminhões basculantes de mineração de alta capacidade de carga, cada um deles realiza diariamente dezenas de viagens, incluindo carregamento de minério ou estéril, transporte e descarga. Os meios a granel transportados são altamente abrasivos, portanto, a carroceria do caminhão basculante é forrada com aços especiais resistentes ao desgaste por dentro, mas mesmo eles exigem substituição regular.
As mineradoras estão interessadas em reduzir o desgaste do revestimento e aumentar sua vida útil. Existem dois cursos principais de ação:
- o uso de materiais mais resistentes ao desgaste;
- otimização da geometria do revestimento e / ou o uso de vários esquemas que mudam a natureza do movimento do meio a granel sobre a superfície.
Para avaliar a eficácia do uso de vários aços e soluções geométricas, criamos e estamos desenvolvendo um modelo do processo de operação do corpo. Paralelamente, um caminhão basculante com elementos de revestimento experimentais transporta minério de ferro dia após dia e se aproxima do momento de comparar os resultados do cálculo e do experimento.
O processo de descarregamento de rocha da carroceria de um caminhão basculante de mineração
Distribuição da energia gasta no desgaste do forro da carroceria
Para quem gosta de informações técnicas, gostaria de informar que estamos utilizando SIMULIA Abaqus, Ansys CFD, software Autoform, Dell e Lenovo assentamentos, os mais novos com 64 núcleos e 256 GB de RAM. O scanner ótico 3D foi útil. Para determinar as propriedades físicas e mecânicas dos materiais, usamos nossos próprios laboratórios e laboratórios de nossos parceiros, compartilhamos ativamente os dados dos materiais com nossos clientes. Um projeto pode levar de uma hora a vários meses.
Ainda temos muitos projetos diferentes em andamento e em planos. Seu feedback e comentários nos ajudarão a escrever com mais frequência e oferecer informações interessantes com ilustrações.