ИСТИНА

введите аннотацию проекта на русском языке:Разработка принципов создания новых конструктивных элементов на основе метаматериалов, построение математических моделей для прогнозирования их свойств с использованием новых возможностей по обработке материалов на основе технологий лазерной резки и сварки является основным направлением исследований по проекту. Проект направлен на решения проблем устойчивости перспективных конструкций, прочности, жёсткости, оптимизации структуры и других математических проблем. Идея проекта заключается в создании новых недорогих конструкционных элементов на основе классических и обычных для производства материалов, таких как сталь различных классов, легкие сплавы. Используя новые высоко эффективные возможности лазерных установок, а именно, лазерную резку и сварку, можно разработать перспективные методы создания высокоэффективных конструкций, которые превосходят по характеристикам классические схемы построения силовых элементов. Новизна исследований обусловлена новыми материалами, которые являются существенно неоднородными и представляют из себя, по сути, конструкцию. Их использование ведет к появлению новых задач предельного состояния, анализа жесткостных характеристик, задач потери устойчивости, а также задач оптимизации конструкции. Причем все задачи имеют актуальность как на макроуровне изделия в целом, так и на уровне отдельных элементов решетчатых структур. Для решения подобных задач необходимо разрабатывать новые определяющие соотношения, новые постановки задач, новые методы их решения. Все типовые задачи механики деформируемого твердого тела, такие как растяжение полосы с отверстием, изгиб пластин, анализ контактных задач, в случае применения такого рода материалов являются новыми и актуальными.

введите аннотацию проекта на английском языке:The development of principles for the design of new structural elements based on metamaterials, the construction of mathematical models for predicting their properties using new possibilities for processing materials based on laser cutting and welding technologies is the main direction of the proposed research. The project is aimed at solving the problems of stability of advanced structures, strength, stiffness, structure optimization and other mathematical problems. The idea of the project is to develop new low-cost structural elements based on classical and conventional materials for production, such as steel of various classes, light alloys. Using the new highly effective capabilities of laser systems, namely, laser cutting and welding, it is possible to develop innovative methods for production of highly efficient structures that surpass the characteristics of classical force schemes for constructing structural elements. The novelty of the research is related to new materials, which are substantially heterogeneous and, in essence, constitute a structure. Their use leads to a number of new problems of the strength limit state, analysis of stiffness characteristics, problems of buckling, as well as new problems of design optimization. Moreover, all tasks are relevant both at the macro level of the product as a unit, and at the level of individual elements of lattice structures. To solve such problems, it is necessary to develop new constitutive relations, new problem statements, and new methods of solving. All typical tasks of the mechanics of a deformable solid, such as tension of a strip with a hole, bending plates, analysis of contact problems, in the case of using the proposed materials are new and applicable.

введите ожидаемые результаты на русском языке:Результатами выполнения проекта станет разработанный комплекс методов и расчетных программ для последовательного выбора оптимальной конфигурации конструкции на основе неоднородных структур под заданные типы нагрузок, анализа режимов технологических процессов и их оптимизации, а также прогнозирования получаемых характеристик деформирования, прочности и предельного состояния. Результаты проекта должны продемонстрировать не просто эффективность предложенного подхода к проектированию силовых элементов, но также показать количественные выражения улучшений характеристик типовых конструкций. Должны быть предложены конкретные примеры в сравнении с классическими силовыми схемами. Можно сказать, что задача создания более эффективных конструкционных элементов из типовых производственных материалов является актуальной и может существенным образом и в короткие сроки повысить эффективность всех выпускаемых промышленных изделий машиностроения, судостроения, авиастроения и других отраслей промышленности.

введите информацию:Коллектив имеет серьёзный опыт в прочностном анализе, проектировании конструкций, в том числе из композиционных материалов. У коллектива есть широкое понимание областей, где композиционные материалы не применимы, при этом характеристики силовых элементов необходимо улучшать для дальнейшего усовершенствования конструкций. Авторы разработали ряд собственных программ на основе алгоритмов топологической оптимизации. Есть большой опыт встраивания собственных процедур в современные конечно-элементные решатели для анализа предельных состояний материалов со сложной внутренней структурой. В распоряжении коллектива имеется лаборатория на базе Пермского Политехнического Университета оснащенная всеми современными испытательными установками. Руководитель проекта является научным руководителем данной лаборатории. Научная лаборатория механики перспективных конструкционных и функциональных материалов была создана по гранту Правительства Российской Федерации (постановление № 220 от 9 апреля 2010 г.) «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования, научные учреждения государственных академий наук и государственные научные центры Российской Федерации» (договор № 14.В25.310006 от 24 июня 2013 года). (2013-2017) Часть коллектива работает по теме поддержанного РФФИ гранта на тему оптимальных конструкций, полученных при помощи автоматизированной выкладки композитов, а также при помощи 3-х мерной печати непрерывном волокном. Члены коллектива имеют большое количество научных работ по теме проекта, в том числе и в международных высокорейтинговых журналах.

введите информацию:В качестве первого конструкционного элемента будет рассмотрена силовая схема на примере пластины, подкрепленной стрингерами. Формулировка задачи - необходимо выбрать случаи нагружения: сжатие, растяжение, сдвиг, изгиб, а также рассмотреть комбинации и независимые случаи нагрузок. Вторым шагом необходимо выбрать габариты изделия. Это может быть как сравнительно небольшая самолетная панель, так и крупногабаритная панель. Например, палуба корабля. Для выбранных нагрузок, необходимо построить конечно-элементную модель и провести серию расчетов на основе алгоритмов топологической оптимизации. Необходимо сформулировать ограничения для оптимизации и проверить различные варианты целевой функции. Это может быть как жесткость изделия, так и максимальные эквивалентные напряжения в конструкции. После некоторого понимания предварительного облика конструкции, будет выбран метод изготовления изделия на основе резки, штамповки и сварки. После чего в системе проектирования обрисовывается детальная трехмерная модель изделия. Выбираются возможные параметры варьирования: шаг поддержек (или решетчатой структуры), углы наклона, ширина поддержек и ориентация в пространстве. Какие-то варианты возможно исключить путем некоторого количества расчетов, рассмотрев крайние случаи. Для анализа основного множества параметров, необходимо построить специальную модель, подготовленную для оптимизации, и далее в автоматизированном режиме на основе алгоритмов поиска оптимума автоматически менять искомые параметры и проводить расчеты с их использованием. Аналогичную процедуру необходимо проделать с классическим вариантом силовой схемы, меняя толщины и высоту стенок стрингеров, оболочек, шаг подкрепляющих стрингеров и т.д. Имея две оптимальные конструкции, полученные на основе классических подходов и с использованием метаматериалов, произвести более детальное моделирование предельных состояний и сравнить полученные результаты