Download to read offline
Учебные компьютерные модели процессов порошковой металлургиги
- 1. SIAMS PMPLab.Edu Компьютерная учебнаялаборатория по порошковой металлургии http://siamslabs.com/ 1
- 2. Краткое описание SIAMSPMPLab.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 длямоделей 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 порошкаиз 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 порошкав 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 Численноемоделирование 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 программапозволяет 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 шаровв 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 ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙКЛАСТЕР (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
- 10. Контакты Студенок Сергей Игоревич studenok@siams.com +79220351812 +79058091812 ООО«СИАМС» г. Екатеринбург, ул. Коминтерна 16, оф. 601 тел./факс (343) 379-00-34 (35,36) http://siamslabs.com/ 10