Depuis plus de 5 ans, nous utilisons la simulation numérique comme méthode pour résoudre divers problèmes d'ingénierie:
- détermination des paramètres des processus technologiques qui ne peuvent pas être mesurés lors des essais sur le terrain;
- évaluation de l'efficacité des équipements et des technologies dont l'utilisation est prévue;
- promouvoir des produits nouveaux et uniques auprès des clients;
- détermination des exigences relatives aux caractéristiques mécaniques des matériaux prometteurs dans les technologies futures
Moi, Oleg Kopaev , je suis en charge de la modélisation numérique chez Severstal, et je présente aujourd'hui à votre attention une sélection des projets les plus intéressants que nous avons réalisés au cours de l'année écoulée.
Simulation - la capacité d'étudier les écoulements d'acier liquide dans un répartiteur dans une usine de coulée continue
Tester diverses hypothèses- l'un des domaines les plus demandés de notre travail. Il y a toujours beaucoup d'idées de «rupture» autour: «nos concurrents ont réalisé…», «la technologie du futur est présentée à la conférence…», «une nouvelle startup technologique…», certaines d'entre elles semblent très attractives économiquement. Il existe différentes façons de vérifier laquelle de ces idées peut être appliquée dans notre entreprise et donnera le profit visé, et laquelle ne le sera pas. Vous pouvez tenter votre chance, dépenser de l'argent et tester l'idée dans le cadre d'une production pilote. Vous pouvez organiser la R&D avec un partenaire externe et espérer bonne chance dans le choix d'un entrepreneur. Cependant, l'expérience pratique montre que le plus efficace est l'étude indépendante de telles initiatives par les forces des services spécialisés de l'entreprise. Et ici, la modélisation numérique devient partie intégrante du processus décisionnel,qui vous permet de tester les performances d'une idée avec relativement peu de temps et d'argent.
Cette approche a été utilisée par nous dans un projet pour évaluer la possibilité d'enrouler des tuyaux en acier sur une bobine. Les tubes en acier en bobines sont largement utilisés dans la construction et la réparation de puits de gaz et de pétrole. Ils vous permettent d'économiser sur le montage / démontage du train de tiges. Ces tuyaux sont produits dans des diamètres relativement petits, jusqu'à 100 mm. On nous a posé les questions suivantes:
- Est-il possible de produire et de fournir des tuyaux aux clients en bobines de plus grand diamètre, par exemple, pour la construction de pipelines locaux, aider à économiser sur le soudage?
- Quels sont les diamètres maximaux et les épaisseurs de paroi pouvant être fournis, à partir de quelles nuances d'acier?
- Combien d'efforts sont nécessaires pour enrouler et dérouler un tel tuyau?
- Nous avons pu répondre à toutes ces questions en créant un modèle d'éléments finis qui simule le processus de bobinage et nous permet de faire varier les paramètres de contrôle du processus.
Sur la gauche - paramètres de processus incorrects, effondrement local et destruction du tuyau. Sur la droite, un tuyau d'un diamètre de 219 mm et d'une épaisseur de paroi de 6,5 mm est enroulé sur un tambour d'un diamètre de 4 mètres.
Surtout, nous aimons les projets sur les explosions et la destruction , nous avons donc été heureux de commencer à créer un modèle pour le test polygonal de tuyaux de grand diamètre. Les entreprises exploitant les principaux gazoducs sont intéressées par le fait qu'en cas d'urgence (vous pouvez rechercher des images et des vidéos sur Google pour la demande «explosion sur un gazoduc»), une section d'un tuyau d'une longueur minimale pouvant être réparée rapidement est détruit.
Actuellement, des essais sur le terrain à grande échelle sont en cours pour évaluer la résistance à la fissuration des tuyaux. La signification est simple - une section du pipeline est assemblée à la décharge, une haute pression y est créée, une charge creuse est détonée dans la partie centrale de la section d'essai du pipeline, la longueur de la fissure formée dans chaque direction est déterminé.
Disposition générale de la zone de test
Malheureusement, les résultats des tests ont toujours été peu prévisibles, car il n'y a maintenant aucune relation sans ambiguïté entre les propriétés de laboratoire du métal du tuyau et le succès des tests sur le terrain. Afin de savoir si la nuance d'acier choisie est appropriée, nous devons fondre (au moins 350 tonnes d'acier), rouler des tôles, en fabriquer des tuyaux, les livrer à la décharge, et ce n'est qu'alors que nous pourrons connaître le résultat.
La tâche de la modélisation est de créer un outil qui, basé sur des essais en laboratoire d'une tôle d'acier, permettra de déterminer le résultat d'essais sur le terrain avec une grande précision.
Résultats des tests virtuels. En fonction des propriétés mécaniques du tuyau, la fissure peut se propager linéairement ou faire une boucle
Nous avons réussi à créer un tel outil et nous effectuons des tests virtuels de nos tubes en acier X100 les plus solides pour les principaux gazoducs, ces tubes ne sont pas encore utilisés en Russie. De plus, nous prévoyons de développer une méthode de calcul de la résistance des tuyaux à la propagation des fissures à partir d'essais en laboratoire et de la proposer à nos partenaires et clients.
Parmi nos tâches figurent les calculs des procédés de formage des métaux, qui sont plus courants pour la métallurgie ferreuse. ... Les calculs de ces processus sont probablement effectués par chaque étudiant qui étudie dans une spécialité de profil, de nombreux livres et mémoires ont été écrits. Mais pour diverses raisons, ces calculs utilisent souvent des simplifications et des hypothèses importantes, par exemple: «rouleaux cylindriques», «rouleaux absolument rigides», «le bâti est absolument rigide», «la géométrie des rouleaux est constante».
De telles simplifications ne nous permettraient pas de mener à bien un autre projet - déterminer le profilage optimal du rouleau du support de laminoir à chaud, ce qui nous permet de minimiser les contraintes dans le rouleau et la probabilité de défaillance du rouleau. Par conséquent, dans notre modèle:
- la géométrie et le fonctionnement du stand correspondent à la réalité;
- le lit est déformable;
- les rouleaux sont profilés;
- les rouleaux sont déformables, une force anti-flexion est appliquée aux rouleaux de travail;
- L'usure de la surface du rouleau pendant la campagne de laminage est prise en compte.
Maquette du stand d'un laminoir à chaud
L'outil créé a permis d'étudier en détail les processus de chargement et d'usure des cylindres de travail d'un laminoir à chaud, et de développer un profilage plus efficace.
Répartition des contraintes dans les cylindres de travail (à gauche) et dans les zones de déformation plastique (à droite) au début et à la fin de la campagne de laminage
Ces dernières années, les services de réparation de l'entreprise et nos clients ont développé une demande d' analyse des processus d'usure des équipements par médias en vrac . Nous avons mené un travail pilote sur ce sujet avec notre partenaire, KADFEM CIS, dans un nouveau logiciel appelé Rocky.
Dans l'extraction des minéraux, les camions à benne minière de grande capacité de charge sont largement utilisés, chacun d'eux effectuant quotidiennement des dizaines de voyages, y compris le chargement de minerai ou de stériles, le transport et le déchargement. Les matériaux en vrac transportés sont très abrasifs, c'est pourquoi la carrosserie du camion-benne est revêtue d'aciers spéciaux résistants à l'usure de l'intérieur, mais même ceux-ci nécessitent un remplacement régulier.
Les sociétés minières souhaitent réduire l'usure des garnitures et augmenter leur durée de vie. Il existe deux principaux axes d'action:
- l'utilisation de matériaux plus résistants à l'usure;
- l'optimisation de la géométrie du revêtement et / ou l'utilisation de différents schémas qui modifient la nature du mouvement du fluide en vrac sur la surface.
Pour évaluer l'efficacité de l'utilisation de divers aciers et solutions géométriques, nous avons créé et développons un modèle du processus de fonctionnement du corps. En parallèle, un camion à benne basculante avec des éléments de revêtement expérimentaux transporte du minerai de fer jour après jour et s'approche du moment de la comparaison des résultats du calcul et de l'expérience.
Le processus de déchargement de la roche du corps d'un camion à benne minière
Distribution de l'énergie dépensée pour l'usure de la doublure du corps
Pour ceux qui aiment les informations techniques, je tiens à vous informer que nous utilisons SIMULIA Abaqus, Ansys CFD, le logiciel Autoform, les stations de règlement Dell et Lenovo, dont les plus récentes ont 64 cœurs et 256 Go de RAM. Le scanner 3D optique s'est avéré utile. Pour déterminer les propriétés physiques et mécaniques des matériaux, nous utilisons nos propres laboratoires et laboratoires de nos partenaires, nous partageons activement les données des matériaux avec nos clients. Un projet peut durer d'une heure à plusieurs mois.
Nous avons encore de nombreux projets différents en cours et en projet. Vos retours et commentaires nous aideront à écrire plus souvent et à offrir des informations intéressantes avec des illustrations.