ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ ФИДЕСИС ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ БОЛЬШИХ ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ДИСКЕ

В статье приводится конечно-элементный анализ локализации пластических деформаций в  области разрушения модельного диска при вращении. При определенной угловой скорости  вращения диска экспериментально замечается «утяжка». Данный эффект возникает при потери материальной устойчивости, является аналогом известного образования «шейки»  при растяжении образцов. В силу конечности наблюдаемых экспериментальных  перемещений и для обнаружения эффекта «утяжки» в численном эксперименте уравнения  равновесия интегрируются с учетом конечности деформаций. Модельный расчет проведен в  квазистатической постановке с пошаговым увеличением частоты вращения. Пластическое  поведение металллического сплава материала диска описывается согласно предельной  поверхности Губера-Мизеса. Материальные параметры, используемые в расчете  определены из экспериментальной кривой растяжения образца. Определяющие упругопластические соотношения записаны в конечных деформациях с мультипликативной  декомпозицией деформационного градиента на упругую и пластическую компоненты. При полностью пластическом деформировании металлов в силу постоянства первого инварианта  пластических деформаций процесс деформирования близок к изохорному. В таких случаях  линейные изопараметрические конечные элементы проявляют эффект «объемного  локинга», искажающий численный результат. В силу этого в вычислениях используем  двадцати-узловые объемные конечные элементы второго порядка, которые указанной  особенностью не обладают Вычисления проведены на аппаратно — программном комплексе  ИММЕРС — Фидесис. Исследована энерго- и шумо- эффективность кластера в распределенных вычислениях. В заключении статьи приводятся сравнение численных  результатов с экспериментальными данными и уровень энерго-эффективности кластера.

1. Нормы летной годности двигателей воздушных судов. АП-33, 2012 г.

2. Ю.А. Ножницкий, Ю.А. Федина, Д.В. Шадрин, Серветник А.Н. и др. Новые возможности применения разгонных стендов для обеспечения прочностной надежности газотурбинных двигателей // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2015. №3 (14). Часть 1. С.71-86.

3. Servetnik A. Energy-based method for gas turbine engine disks burst speed calculation. 28th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS2012), Brisbane, 2012 [электронный ресурс] URL: http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2012/PAPERS/888.PDF.

4. Nozhnitsky Yu, Karimbaev K., Servetnik A. Numerical simulation of spin testing for turbo machine disks using energy-based fracture criteria. ASME TURBO EXPO, Copenhagen, 2012 [Электронный ресурс], URL http://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2012/PAPERS/340.PDF

5. Кузьмин Е.П., Серветник А.Н. Исследование поверхности нагружения материалов дисков газотурбинных двигателей при разгонных испытаниях модельных дисков // Наука и образование. 2014. №5. C.330-336. DOI: 10.7463/0514.0710005.

6. Биргер И.А., Шорр Б.Ф. Термопрочность деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. 454 с.

7. Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. М.: Изд-во иностр. лит.

8. Simo J. C., Hughes T. J. R. Computational Inelasticity. Vol. 7 — Springer Verlag, New York, 1998. — P. 392.

9. Система прочностного анализа Fidesys, [электронный ресурс] URL http://www.cae-fidesys.com

10. Высокопроизводительная вычислительная система IMMERS 6R6, [электронный ресурс] URL: http://immers.ru/sys/immers6r6/

11. Левин В. А., Калинин В.В., Зингерман К.М., Вершинин А.В. Развитие дефектов при конечных деформациях. Компьютерное и физическое моделирование. / Под ред. В.А Левина. – М., Физматлит, 2007. – 392 с.

12. Левин В. А., Вершинин А. В. Численные методы. Параллельные вычисления на ЭВМ Т.2 (Нелинейная вычислительная механика прочности. Цикл монографий в 5 томах под. ред. В.А. Левина). — ФИЗМАТЛИТ Москва, 2015. — С. 544.

13. Морозов Е. М., Левин В. А., Вершинин А. В. Прочностной анализ. Фидесис в руках инженера. — ИЗДАТЕЛЬСКАЯ ГРУППА URSS Москва, 2015. — С. 408.

14. Zingerman K. M., Vershinin A. V., Levin V. A. An approach for verification of finite- element analysis in nonlinear elasticity under large strains // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — 2016. — Vol. 158. — P. 012104.

15. Numerical analysis of the stress concentration near holes originating in previously loaded viscoelastic bodies at finite strains / V. A. Levin, K. M. Zingerman, A. V. Vershinin et al. // International Journal of Solids and Structures. — 2013. — Vol. 50, no. 20-21. — P. 3119–3135.

16. Об использовании полнофункциональной CAE Fidesys при разработке инновационных изделий ОПК / А. В. Вершинин, В. А. Левин, Е. В. Комолова и др. // Межотраслевая информационная служба. — 2013. — № 4. — С. 38–40.

17. Левин В. А., Вершинин А. В. Промышленный пакет для прочностного инженерного анализа // XI Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики. Казань 20-24 августа 2015 г. Сборник докладов. 4480с. — Издательство Казанского (Приволжского) федерального университета Казань, 2015. — С. 2281–2283.

18. Sparsh Mittal and Jeffrey S. Vetter, 2013. A Survey of CPU-GPU Heterogeneous Computing Techniques. ACM Comput. Surv. X, Y, Article 1 (February 2015)