2. Краткое описание SIAMS PMPLab.Edu
Компьютерная
учебная лаборатория по порошковой металлургии «SIAMS PMPLab.Edu» (далее –
Лаборатория) – это образовательная платформа для проведения виртуального лабораторного практикума
по порошковой металлургии в том числе в системе дистанционного обучения.
Лаборатория
представляет собой программную платформу с веб-интерфейсом, в которую
интегрированы компьютерные модели основных технологических процессов порошковой металлургии:
•Модель высыпания порошка из воронки на плоскость (определение текучести, угла естественного
откоса, насыпной плотности);
•Модель насыпки порошка в пресс-форму (определение насыпной плотности);
•Модель холодного прессования (определение плотности прессования, усадки, пористости; получение
распределения плотности прессовки по высоте заготовки, зависимости плотности прессовки от давления
прессования);
•Модель спекания (получение 3D-модели спеченного образца, определение пористости);
•Модель движения шаров в шаровой мельнице (определение объемов каскадного и водопадного режимов
течения, угла поворота шаровой загрузки и др. динамических характеристик).
Возможности Лаборатории:
1. проведение лабораторного практикума на беспроводном вычислительном кластере, состоящем из
отдельных рабочих станций компьютерного класса;
2. задание собственных сценариев проведения экспериментов и исследования влияния внешних
параметров на макроскопические свойства конечных изделий;
3. приближенная к реальности визуализация моделируемых физических процессов и объектов с
возможностью создания видеороликов и 3d-изображений;
4. Интеграция с 3d-тренажерами для создания полноценного лабораторного практикума для СДО.
2
2
3. Исходные данные для моделей
Исходными данными для компьютерных моделей
являются:
•материал порошка;
•количество частиц;
•плотность материала порошка;
•коэффициенты сохранения импульса и энергии;
•коэффициенты трения;
•распределение числа частиц по размерам
(грансостав);
•минимальный и максимальный размер частиц;
•средний размер частиц.
Вся эта совокупность данных, называемая
цифровой моделью порошка (далее – ЦФП), может
быть получена путем анализа серии изображений
проб порошка с микроскопа.
3
3
4. Модель высыпания порошка из воронки на плоскость
При помощи метода дискретных элементов на
основе импульсного взаимодействия моделируется
процесс высыпания частиц порошка из воронки
заданных размеров (прибор Холла) на плоскость.
В результате определяются: угол естественного
откоса и текучесть порошка (в соответствии с ГОСТ
20899-75).
Видеоролик, полученный при моделировании
высыпания порошка из воронки можно посмотреть
на YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=PsPiuo_fHdU
4
4
5. Модель насыпки порошка в пресс-форму
Методом дискретных элементов на основе
импульсного
взаимодействия
моделируется
процесс насыпки порошка в бункер кубической
формы. В результате получается нерегулярная
упаковка сферических частиц, по которой
определяется насыпная плотность порошка (в
соответствии с ГОСТ 19440-94). Модель позволяет
также определить влияние насыпной плотности на
степень заполнения пресс-формы.
Видеоролик, полученный при моделировании насыпки порошка в пресс-форму, можно
посмотреть на YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=NP4XwN73KjM
5
5
6. Модель холодного прессования
Численное моделирование холодного прессования
частиц порошка производится в рамках метода
дискретных элементов. При описании взаимодействия
частиц учитываются только силы и моменты сил,
возникающие в текущих контактах. Интегрирование
производится методом Эйлера. Взаимодействия
осуществляются посредством нормальной силы
упругости и сдвиговой демпфирующей силы. В
результате определяются следующие параметры:
-плотность прессования порошка;
- усадка;
- распределение плотности прессовки по высоте
заготовки;
- зависимость плотности прессовки от давления
прессования.
Видеоролик, полученный при моделировании насыпки порошка в пресс-форму, можно
посмотреть на YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=6uEltECRgJ0
6
6
7. Модель спекания
Данная программа позволяет моделировать процесс
спекания сферических частиц на основе метода дискретных
элементов. До начала спекания поступательные и
вращательные движения частиц описываются уравнениями
динамики твердого тела, а их контактное взаимодействие вязкоупругой моделью Кельвина-Фойгта.
Сам процесс агломерации порошка моделируется на
основе уравнения Пархами-Макмикинга (Parhami &
McMeeking) для силы спекания.
Видеоролик, полученный при моделировании
насыпки порошка в пресс-форму, можно посмотреть на
YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=xeQHakEsQXo
7
7
8. Модель движения шаров в шаровой мельнице
При помощи метода дискретных элементов моделируется
движение размольных шаров в шаровой мельнице. Модель
учитывает энергетические потери шаров при трении и
позволяет исследовать механику движения мелющих шаров
путем расчета следующих показателей:
•объема водопадной области шаровой загрузки;
•объема каскадной области шаровой загрузки;
•угла поворота шаровой загрузки;
•критической частоты вращения барабана;
•угла отрыва шара при водопадном режиме;
•высоты падения шара при водопадном режиме;
•тонкости помола;
•производительности мельницы.
По завершении расчета программа автоматически создает
видеоролик, на котором можно наблюдать характер
движения размольных шаров в мельнице.
Видеоролик, полученный при моделировании движения шаров в шаровой мельнице, можно
посмотреть на YouTube:
https://www.youtube.com/watch?v=WPdCeMQNYrg
8
8
9. Архитектура SIAMS PMPLab.Edu
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАСТЕР
(очная работа)
РЕСУРС СДО
(удаленная работа)
Сервер СДО
Internet
Internet
Каждая рабочая станция подключается к
вычислительному кластеру при помощи Wi-Fi USBадаптера с программным обеспечением
9
