Последовательно изложены теоретические положения и методы расчета на прочность конструкций космической техники.
Особое внимание уделено современному конечноэлементному методу анализа конструкций, ориентированному на использование ЭВМ.
Рассмотрены задачи и приведены алгоритмы расчета стержней, пластин и оболочек, встречающиеся при создание космических конструкций.
Работа посвящена вопросам реализации разработанной авторами математической модели дыхательной системы человека, предназначенной для прогнозирования возникновения патологий органов дыхания, обусловленных негативным воздействием загрязняющих компонентов атмосферного воздуха. Предложенная модель описывает легкие как упруго-деформируемую насыщенную двухфазную пористую среду, испытывающую большие градиенты перемещений. Поскольку аналитическое решение поставленной существенно нелинейной задачи представляется нереализуемым, для решения предлагается прибегать к численным методам с пошаговыми процедурами. Предложен алгоритм решения связанной задачи фильтрации воздуха в упруго-деформируемой пористой среде. Численное решение нелинейной подзадачи деформирования двухфазной среды легких осуществляется методом конечных элементов, подзадачи фильтрации — методом конечных объемов. Для реализации алгоритма разработан комплекс программ (на языке C++) с применением технологий параллельных вычислений. На основе томографических снимков легких, получаемых с помощью интерактивного программного продукта ITK-SNAP, выполняется восстановление трехмерной формы легких. С использованием пакета ANSYS ICEM CFD строится объемная конечно-элементная сетка. Численное моделирование течения воздуха в легких человека производится для персонализированной трехмерной геометрии. Представлены поля давления газовой фазы в легких человека в различные моменты дыхательного цикла. Разработанную модель в дальнейшем планируется рассматривать как инструмент для определения зон риска развития патологий органов дыхания, обусловленных негативным воздействием аэрогенных факторов среды обитания.
Предложен метод расчета температурного поля с фазовым переходом. Использован метод конечных элементов. Задача решена в трехмерной постановке с учетом зависимости теплофизических характеристик материалов от температуры. Данная методика основана на введении эквивалентного коэффициента теплоемкости материала в зоне фазового перехода. Произведен тестовый расчет нестационарного температурного поля МКЭ таяния массы льда и сравнение его с аналитическим расчетом. Получено удовлетворительное совпадение результатов. Указанная методика реализована и используется для выполнения нестационарных температурных расчетов при определении глубины промерзания грунта, а также расчетов в районах вечной мерзлоты при прокладке теплотрасс и других сооружений. По этой методике разработана программа «Temper-3d», имеющая сертификат соответствия. Программа зарегистрирована в реестре программ для ЭВМ.
Рассматриваются вопросы, связанные с проведением расчетов напряженно-деформированного состояния металлических конструкций подъемно-транспортных машин и сварных соединений методом конечных элементов на основе специализированного вычислительного комплекса МГТУ им. Н.Э. Баумана и универсального вычислительного комплекса NX Nastran. Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения и дополнительного образования по специальности «Наземные транспортно-технологические средства» и направлению подготовки магистров «Наземные транспортно-технологические комплексы» (специализация: «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные средства и оборудование») и направлению магистров «Наземные транспортно-технологические комплексы», а также будет полезно для студентов родственных технических специальностей и аспирантов по направлению подготовки научно-педагогических кадров «Машиностроение», ведущих научные исследования в области подъемно-транспортного, дорожного и строительного машиностроения.
Рассматриваются вопросы, связанные с проведением расчетов металлических конструкций подъемно-транспортных машин на прочность и жесткость методом конечных элементов на основе специализированного вычислительного комплекса МГТУ им. Н.Э. Баумана и универсального вычислительного комплекса NX Nastran. Учебное пособие предназначено для студентов всех форм обучения и дополнительного образования по специальности «Наземные транспортно-технологические средства» и направлению подготовки магистров «Наземные транспортно-технологические комплексы», а также будет полезно для студентов родственных технических специальностей и аспирантов по направлению подготовки научно-педагогических кадров «Машиностроение», ведущих научные исследования в области подъемно-транспортного, дорожного и строительного машиностроения.
В работе рассмотрены способы решения задач по деталям машин методом конечных элементов (МКЭ) Наряду с описанием решения каждой задачи МКЭ приведены решения этих задач аналитическими методами Это позволяет сравнить результаты численных решений МКЭ с результатами аналитических решений используемых в дисциплине «Детали машин» и оценить целесообразность применения и преимущества МКЭ при решении разных групп задач Для решения задач использована программа «STAR». Во второй части пособия приведено руководство пользователя программы «STAR».
В работе содержатся решения краевых задач прессования с применением системы анализа процессов пластического деформирования “РАПИД 2D”. В том числе рассмотрены задачи расчета распределения температуры прессового инструмента на образование центральной пресс-утяжины, изотермическая задача прессования, прессование при подогреве инструмента до одинаковой температуры, прессование при разной температуре нагрева инструмента. Приведены результаты расчета охлаждения металла на предшествующих этапах прессования, расчета температурного поля на заключительном этапе прессования с учетом захолаживания на предыдущих этапах, моделирования напряженного состояния иглы при прессовании трубных заготовок. Имеется список контрольных вопросов. Предназначено для студентов всех форм обучения направления 651300 – Металлургия специальности 1106000 – Обработка металлов давлением, а также слушателей ФПК.
Изложенные методы вычислительного моделирования представляют интерес для аспирантов и магистров, выполняющих исследования по машиностроительной тематике. Основная цель работы - дать общее представление о возможностях компьютерных систем инженерного анализа конструкций CAE (Computer Aided Engineering) в области прочностных расчетов. Дана краткая характеристика различных типов конструкционного анализа, описаны алгоритмы решения конкретных задач, приведены коды ANSYS APDL с подробной расшифровкой и вариантами альтернативного выполнения через интерфейс программы ANSYS Mechanical. Изложенный конечно-элементный метод решения задач в параметрическом виде является основой вычислительного исследования машиностроительных конструкций.
В монографии рассматриваются математические модели в следующих научно-прикладных задачах:
гидродинамические процессы в нефтеносных пластах и задачи вытеснения высоковязкой нефти горячей водой и паром;
гидродинамические процессы в оползневых и селеопасных склонах и вопросы устойчивости горных склонов.
Для решения широкого круга математических моделей применяются аналитические, приближенно – аналитические и известные численные методы: метод конечных элементов и метод крупных частиц.
Предназначена для научных и инженерно-технических работников, аспирантов, специализирующихся в области гидродинамики.
В представленной работе сделан подробный анализ современных подходов в создании упругопластических моделей роста поверхностных трещин, учитывающих влияние вида двухосного нагружения на развитие напряжений и деформаций в вершине трещин и, соответственно, на скорость роста трещин. Обосновывается использование пластического коэффициента интенсивности напряжений в качестве характеристики сопротивления циклическому деформированию и разрушению для условий двухосного нагружения. Предлагаются континуальные модели пластичности для моделирования упругопластического поведения металла численными методами и, в частности, методом конечных элементов.