Результаты 14.607.21.0186
Резюме проекта,
выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным
направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 гг.»
Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.607.21.0186
Тема: Разработка и валидация программного комплекса для многоуровневого компьютерного моделирования методом частиц поведения узлов трибосопряжений в элементах конструкций на металлической и керамической основе с наноструктурными поверхностными слоями и покрытиями
Приоритетное направление: Индустрия наносистем
Критическая технология: Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий
Период выполнения: 26 сентября 2017 г. - 30 июня 2019 г.
Плановое финансирование проекта: 58 млн руб.
Бюджетные средства: 29 млн руб.
Внебюджетные средства: 29 млн руб.
Получатель субсидии: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью «ФИДЕСИС» (ООО «Фидесис»)
Ключевые слова: программный комплекс, экспериментальная валидация, многоуровневое моделирование, метод частиц, узлы трибосопряжения, наноструктурные поверхностные слои и покрытия, совместимость с коммерческими системами
1 Цель проекта
Разработка и экспериментальная валидация программного комплекса для решения задач многоуровневого динамического моделирования элементов конструкций с узлами трибосопряжений с наноструктурными поверхностными слоями и покрытиями на металлической и керамической основе.
2 Основные результаты проекта
Этап 1 (26.09.2017 г. - 31.12.2017 г.)
Разработаны архитектура и алгоритмы работы модулей оригинального программного комплекса, предназначенного для многоуровневого компьютерного моделирования механического поведения наноструктурных поверхностных слоев элементов узлов трибосопряжений в условиях функционирования в составе сложных конструкций. Конкурентным перимуществом комплекса является использование единого формализма метода частиц для моделирования на различных масштабах с явным учетом элементов композиционной структуры в интервале размеров от 10 нм до 1000 мкм.
Разработанная архитектура программного комплекса предусматривает совместимость с одним из ведущих отечественных инженерных программных продуктов проектирования и моделирования CAE Fidesys и использование его функционала для решения на качественно новом уровне задач многоуровневого динамического анализа сложных конструкций с узлами трибосопряжений.
Разработана оригинальная методика многоуровневого компьютерного моделирования поведения наноструктурных поверхностных слоев и покрытий элементов конструкций с узлами трибосопряжений, учитывающая особенности и преимущества реализаций метода частиц на различных масштабных уровнях.
Проведен комплекс экспериментальных исследований серии наноструктурных композиционных материалов на основе ZrO2, сталей Г13 и Х13М2 с варьируемым объёмным содержанием отдельных фаз (Al2O3, Cu, графит) и определены их механические и триботехнические характеристики, необходимые для валидации методики многоуровневого компьютерного моделирования. Проведен цикл компьютерных исследований, позволивший с использованием полученных экспериментальных данных определить значения параметров многочастичного взаимодействия, необходимых для корректного учета внутренней структуры наноструктурных композиционных материалов в рамках методики многоуровневого компьютерного моделирования.
Этап 2 (01.01.2018 г. - 31.12.2018 г.)
Разработаны программа и методики испытаний и проведены верификация и валидация работы ПК. Выполнено инкорпорирование ПК с одним из ведущих отечественных инженерных программных продуктов проектирования и моделирования CAE Fidesys, что выводит его функционал на качественно новый уровень решения задач многоуровневого динамического анализа сложных конструкций с узлами трибосопряжений. Выполнено тестирование работы ПК в составе CAE Fidesys, в том числе на высокопроизводительных вычислительных системах.
Проведен комплекс экспериментальных исследований серии наноструктурных композиционных материалов на основе ZrO2, сталей Г13 и Х13М2 с варьируемым объёмным содержанием отдельных фаз (Al2O3, Cu, C) и определены их механические и триботехнические характеристики, необходимые для валидации разработанной оригинальной методики многоуровневого компьютерного моделирования. Выполнены экспериментальные исследования, позволившие определить значения параметров многочастичного взаимодействия, необходимые для корректного учёта структуры и реологии наноструктурных композиционных материалов.
Работы выполнены на высоком научно-техническом уровне, полученные результаты полностью соответствуют требованиям технического задания.
3 Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки
Изобретение, патент № 2670922 от 25.10.2018 г. «Способ автоматического построения модели гетерогенной волокнистой внутренней структуры композиционного материала».
Программа для ЭВМ, свидетельство о государственной регистрации № 2018618949 24.07.2018 г. «MCA3D-preprocessor - программа подготовки и редактирования данных для проведения численного моделирования деформирования и разрушения материалов методом подвижных клеточных автоматов».
Изобретение, заявка № 2018123154 от 26.06.2018 «Способ автоматического построения трехмерной модели гетерогенной структуры композиционного материала с волокнами».
4 Назначение и область применения результатов проекта
Наноструктурирование поверхностных слоев материалов и нанесение наноструктурных покрытий способствует кратному повышению износостойкости, усталостной долговечности, коррозионной стойкости, надежности и ресурсу ответственных конструкций. Разработанный программный комплекс предназначен для использования при решении задач компьютерного дизайна наноструктурных поверхностных слоев элементов конструкций с узлами трибосопряжений, что актуально для разработки фрикционных материалов и покрытий нового поколения, а также многоуровневого динамического анализа влияния фрикционных процессов в узлах трибосопряжений на напряженное состояние и диссипативные характеристики сложных конструкций с подвижными соединениями, что актуально для конструкций авиакосмического назначения.
5 Эффекты от внедрения результатов проекта
Разработанный программный комплекс позволит решать сложные многофакторные задачи компьютерного дизайна многоуровневой внутренней структуры композиционных материалов триботехнического назначения, обеспечивающей требуемые значения механических и триботехнических характеристик узлов трибосопряжений ответственных конструкций. Применение разработанного программного комплекса в составе инженерного программного продукта проектирования и моделирования CAE Fidesys позволит значительно расширить спектр решаемых с помощью отечественного программного обеспечения инженерных задач проектирования и виртуального тестирования сложных конструкций, в первую очередь, авиакосмического назначения.
Разработка программного комплекса, совместимого с отечественным инженерным программным продуктом, снижает зависимость ключевых отраслей экономики РФ от зарубежных (в первую очередь американских) программных средств проектирования и разработки сложных механизмов и конструкций и обеспечивает вклад в реализацию Стратегии НТР в части перехода к цифровым производственным технологиям.
6 Формы и объемы коммерциализации результатов проекта
Коммерциализация результатов проекта будет выполняться Индустриальным партнером ООО «ФИДЕСИС» с целью увеличения доли отечественного инженерного программного обеспечения на российском рынке и рынке стран СНГ. Технико-экономические характеристики планируемой к производству программной продукции не уступают лучшим мировым аналогам ANSYS и ABAQUS, а при решении триботехнических задач превосходят мировой уровень.
7 Наличие соисполнителей
Данный проект выполняется без привлечения организации-соисполнителя