Analýzy provozního zatížení konstrukcí s adaptivními virtuálními modely
— vydáno 7. prosince 2020
Konsorcium akademických a komerčních partnerů se v rámci výzkumného projektu zabývá tvorbou virtuálních dvojčat, která mají napomáhat vývoji nových generací stávajících produktů. K tomu bude využíván sběr reálných provozních dat, jež umožní přesnější definici okrajových podmínek optimalizačních procesů.
Na projektu „On-line měření a analýzy provozního zatížení konstrukcí s adaptivními virtuálními modely (OLIN)“, který je realizován za podpory Ministerstva průmyslu a obchodu ČR, se podílí společnost Advanced Engineering s Regionálním technologickým institutem – výzkumným centrem Fakulty strojní ZČU v Plzni, Výzkumným a zkušebním ústavem Plzeň a s firmou Vision Consulting Automotive.
Toto uskupení organizací je vyváženo tak, aby zapojení odborníci byli schopni na špičkové úrovni zvládnout sestavení celého systému od sběru, zpracování a přenosu dat až po virtuální simulace a optimalizace stávajících produktů.
Cílem projektu je vyvinout systémy on-line sběru provozních dat (zrychlení, výchylky, poměrné deformace, napětí, teploty atd.), jejich přenos, vyhodnocení a na základě nich automatizovaně aktualizovat virtuální numerické modely používané pro návrh konstrukčních řešení s vysokými požadavky na provozní spolehlivost při současném uplatnění nových materiálů a výrobních technologií. Takové řešení je pak uplatnitelné pro vývoj v oblastech dopravní techniky, výrobních strojů a zařízení, zařízení pro energetiku, těžkého strojírenství a podobně.
Výstupem projektu je i funkční ověření vyvinutých řešení v praxi na konkrétních zařízeních. Zde se do projektu zapojují další partneři, kteří zařízení otestují na svých vybraných výrobcích v rutinním nebo zkušebním provozu a na svých modelech budou následně těžit z dosažených výsledků. Mezi tyto partnery patří například výrobce mechanických převodovek Wikov MGI, jenž plánuje výsledky projektu využít pro vývoj nové generace převodovek pro kolejová vozidla.
Cílem projektu je vyvinout systémy on-line sběru provozních dat, jejich přenos, vyhodnocení a na základě nich optimalizovat návrh konstrukčních řešení s vysokými požadavky na provozní spolehlivost
Právě u nich může být definice konkrétního provozního zatížení pro jejich optimalizaci klíčová. Kvalita kolejových tratí se liší nejenom podle států, ale i podle jednotlivých regionů, po kterých se kolejová vozidla pohybují. Dimenzování převodovek na zatížení podle místa nasazení vozidla pak ušetří velké množství výrobních i provozních finančních prostředků.
Zcela automatizovaný výpočetní proces
Navrhovaný systém umožní automatizovat velkou část iteračního vývojového procesu. Celý postup senzorických dat přes cloudové úložiště až k výsledkům optimalizačního výpočtu je plně automatický a nevyžaduje žádný uživatelský zásah. Ten je potřeba až pro vyhodnocení optimalizačních výsledků a pro konstruování další vývojové iterace. Díky tomu lze čas ušetřený na analyzování současného stavu a revizi stávajícího řešení věnovat samotnému rozvoji inovací na nové generaci produktu. Kromě již výše zmíněných převodovek bude systém nasazen na celkem čtyři typy zařízení, u nichž mají zásadní vliv na jejich kvalitu a dimenzování následující fenomény:
- vysokocyklová únava,
- nízkocyklová únava,
- vibrační únava,
- zatěžování rotujících součástí.
Jak je patrné, optimalizace se u těchto typů produktů zaměřuje především na nalezení ideálního poměru hmotnosti a životnosti. Virtuální konečnoprvkové modely použité v navrhovaném systému tedy nezkoumají pouze statické či dynamické namáhání, ale zaměřují se především na vyhodnocování (a tím i optimalizaci) životnosti, konkrétně únavy materiálu.
Celý postup senzorických dat přes cloudové úložiště až k výsledkům optimalizačního výpočtu je plně automatický a nevyžaduje žádný uživatelský zásah
O sestavení a vhodné nastavení optimalizačních modelů, které je samo o sobě výzvou, se postará společnost Advanced Engineering, jejíž odborníci mají s optimalizačními projekty bohaté zkušenosti. Tradičně se věnují úlohám, od běžných pevnostních výpočtů komponent automobilového, kolejového či leteckého průmyslu, až po velmi komplexní simulace nárazových zkoušek automobilů a jiných vozidel. Mezi příklady jejich dalších úspěšných aplikací lze uvést například optimalizace zdravotnických lůžek nebo kompozitního rámu cyklistického kola.
Řešení projektu se právě nachází téměř v polovině a dosažené výsledky se zdají velmi slibné. Všechny zásadní překážky koncepční fáze návrhu systému se podařilo vyřešit a specialisté dokončují samostatné části prvních dvou měřicích systémů, které se chystají začít vzájemně propojovat a integrovat do komplexního celku. Výzkum popisovaný v tomto článku je prováděn s podporou projektu MPO č. FV40260.
