Сквозного прорастания

Наиболее мощные программные системы сквозного проектирования и производства расположены на верхнем уровне. Среди них можно выделить: CATIA5 (Dassault Systemes, Франция), EUCLID3 (EADS Matra Datavision, Франция) [1], UNIGRAPHICS (Unigraphics Solutions, США) [2], Pro/ENGINEER и CADDS5 (PTC, США).

Для динамического контроля сборки сложных изделий в комплексных системах сквозного проектирования разработана специализированная среда. Она позволяет наглядно представить пространственную компоновку всех элементов «большой сборки». В режиме анимации есть возможность проследить последовательность сборки, оценить коллизии и перемещение всех деталей механизмов.

Прототип можно изготавлять различными способами, например такими, как стереолитография, LOM-технология, с помощью термопринтера, ускоренного фрезерования и др. Технологии всех методов прототипирования строятся на непосредственном использовании геометрической модели изделия. Так, для стереолитографии и LOM-технологии с помощью специального интерфейса, который полностью интегрирован с системами сквозного проектирования, предварительно создается промежуточный файл в формате STL, что позволяет получать доступ ко всем популярным платформам стереолитографических систем (например, фирм 3D Systems или Stratasys). При этом сохраняется полная целостность данных. Данные STL-файла также могут быть использованы для механической обработки по LOM-технологии фирмы HELISYS.

Практика показывает, что предприятия подходят к созданию своих интегрированных информационных систем, предназначенных для комплексного решения задач автоматизации конструирования, инженерного анализа и технологической подготовки производства, по-разному. Во многих случаях на рабочих местах конструкторов и технологов устанавливаются программные среды различных фирм-разработчиков. В этих условиях вопросы организации обмена информацией становятся актуальными. Известно, что обмен без потерь информации достигается при наличии единой базы данных для различных подсистем. Этим выгодно отличаются комплексные системы сквозного проектирования и подготовки производства верхнего уровня. В тех случаях, когда на рабочих местах устанавливаются программные среды различных фирм, организация обмена информацией между ними ложится на самих пользователей. Поэтому важно, чтобы для этих программ были разработаны соответствующие интерфейсы с необходимой полнотой реализации форматов.

Другую группу программного обеспечения составляют ранее рассмотренные программные системы сквозного проектирования и технологической подготовки производства: CATIA5, EUCLID3, Unigraphics, Pro/ENGINEER, CADDS5.

В автоматизированных системах сквозного проектирования и подготовки производства наиболее часто реализованы следующие виды механообработки: 2,5-, 3- и 5-координатное фрезерование, токарная обработка, сверление, нарезание резьбы и др. Имеется возможность моделировать движение инструмента и снятие материала во время черновой и чистовой обработки поверхности изделия. Например, в простейшем варианте 2- и 2,5-координатной обработки во многих программных комплексах реализованы следующие способы обработки поверхностей: контурная обработка, фрезерование призм и тел вращения, выборка карманов с возможностью движения «в одну сторону», зигзаг, спираль, а также нарезание резьбы и снятие фасок. В модулях 3- и 5-координатного фрезерования программных систем сквозного проектирования и технологической подготовки производства реализованы практически все возможные способы обработки всех поверхностей изделий, например, такие, как фрезерование поверхности с управлением угла наклона инструмента, шлифующее резание с возможностью обдувки и др.

В системах сквозного проектирования и технологической подготовки производства различных фирм-разработчиков реализованы свои подходы к организации программ, свои алгоритмы и методы. Для более предметного изложения этой темы обратимся к основным этапам работы технолога в системах верхнего уровня на примере системы EUCLID3 фирмы EADS MATRA DATAVISION (Франция), которая воплотила многолетний опыт специалистов различных отраслей и считается одной из лучших в мире [7].

После объединения в 1999 г. компаний OrCAD и Cadence Design Systems система моделирования и сквозного проектирования аналого-цифровых электронных устройств OrCAD продолжает развиваться и в настоящее время представлена своей версией OrCAD 9.2.

Поскольку в состав системы входят также срелства для анализа и оптимизации электронных схем и проектирования устройств на ПЛИС, OrCAD признана системой сквозного проектирования радиоэлектронной аппаратуры.

VHDL - не единственный язык проектирования радиоэлектронной аппаратуры. Так, для проектирования интегральных схем широко применяется Verilog, находят применение языки Cupl, Palasm и другие, но для сквозного проектирования на всех требуемых для СБИС уровнях функционального проектирования (выше схемотехнического) предназначены только VHDL и Verilog.

Интеграция данных на ранних этапах развития PDM связывалась только с организацией сквозного проектирования изделий в рамках конкретной САПР. В настоящее время в связи с развитием CALS-технологий основным содержанием проблемы интеграции стало обеспечение интерфейса САПР с другими автоматизированными системами. Проблема решается с помощью поддержки типовых форматов, например, путем конвертирования данных из общепринятых форматов во внутренние представления конкретных САПР.

Естественно, что преподавание вопросов CALS-технологий требует развития лаборашрний Ссиы. В ии^шве аршраммнош обеспечения, поддерживающего лабораторные циклы по САПР и CALS, необходимо иметь по крайней мере один из пакетов MCAD (с модулями CAD и САМ), программы моделирования (например, типа ПА9), пакеты поддержки методик функционального и информационного моделирования (например, BPWin и ERWin), XML-редактор, желательно приобретение PDM. Циклы дисциплин радиоэлектронного профиля должны поддерживаться программным обеспечением сквозного проектирования радиоэлектронной аппаратуры и в первую очередь программами разработки схем на базе ПЛИС и проектирования печатных плат.

Такая ситуация характерна для сосудов под давлением, когда нарушение их герметичности из-за сквозного прорастания усталостной трещины без полного разрушения детали приводит к падению давления в системе и прекращению передачи мощности на другие участки системы управления. Полного разрушения элемента нет, но потеря давления в системе приводит к нарушению ее функционирования и потере управляемости ВС. Возможные предельные размеры трещины не могут быть достигнуты в детали из-за снижения уровня нагрузки после нарушения герметичности и потери давления.

Представленные константы характеризуют различия в выявленном процессе роста трещины у концентратора в связи с образованием туннелей. Для шага усталостных бороздок константа отражает начальный этап роста поверхностной, полуэллиптической по форме фронта трещины. В этом случае реализуются более жесткие условия по напряженному состоянию материала вдоль фронта трещины и величина константы в едином кинетическом уравнении уменьшается. На этапе сквозного прорастания трещин величина шага бороздок полностью характеризует скорость роста.

На следующем участке (условно участок № 2) излом имеет форму изогнутой линии протяженностью примерно 18 мм. На этом участке также часть поверхности излома пластически деформирована, однако непосредственно вблизи спинки сохранилась узкая полоса исходной поверхности излома. Сохранившаяся часть излома представляла собой зону долома, образованную в результате практически сквозного прорастания усталостной трещины, зародившейся на предыдущем участке (№ 1) излома пера лопатки.

рушению (10 5 м/цикл) в лонжеронах лопастей вертолетов свидетельствует о следующем. Продолжительность периода роста трещины и существенное ее раскрытие достаточны для эффективного обнаружения усталостных трещин в лопастях по используемому в этих целях датчику-сигнализатору имеющейся конструкции (см. рис. 12.2). При минимально реализуемом раскрытии трещины достаточно ее сквозного прорастания на длину около 10 мм для срабатывания сигнализатора. При этом гарантируется последующее стабильное и длительное, сквозное, прорастание трещины в течение еще нескольких десятков полетов вертолета со среагировавшим на появление и развитие трещины сигнализатором. С возрастанием длины сквозной трещины за пределы 10 мм гарантия срабатывания датчика возрастает в связи с возрастанием раскрытия берегов трещины, увеличением ее общей площади, а следовательно, происходит возрастание скорости стравливания давления. Поэтому невыявление в эксплуатации трещин в лонжеронах лопастей протяженностью несколько десятков миллиметров следует относить только к их пропуску из-за отсутствия контроля над датчиком-сигнализатором экипажа вертолета. Срабатывание сигнализатора является гарантированным при появлении трещины и ее прорастании на небольшую длину, как это следует из качественных и количественных оценок закономерностей развития усталостных трещин в лонжеронах лопастей вертолетов типа "Ми" в условиях их многолетней регулярной эксплуатации в гражданской авиации. После фиксации датчиком наличия в лонжероне усталостной трещины ее дальнейшее развитие происходит в течение многих полетов.

Из анализа последовательности распространения усталостной трещины в лонжероне следует, что размер участка сквозного прорастания усталостной трещины составляет около 15 мм в каждую сторону от очага разрушения и распространение сквозной трещины характеризуется повторением блоков усталостных макролиний, число которых в блоке возрастает в направлении роста трещины. Указанная закономерность свидетельствует о том. что режимы работы вертолета таковы, что имеет место некоторая, регулярно повторяющаяся от полета к полету, ситуация в режимах работы или маневрирования вертолета, когда имеет место резкое (кратковременное) возбуждение колебаний в лопасти высокого уровня, что вызывает формирование усталостных линий. Сделанное предположе-

женного сечения на относительном радиусе лопасти 0,66. По выявленной закономерности повреждений лонжерона в полете исследованные вертолеты серии Ми-8МТВ отличаются от других вертолетов серии "Ми". В первую очередь это выражено в малой продолжительности сквозного прорастания трещины применительно к лонжерону № 1.

Зарождение усталостных трещин происходило от нескольких очагов с внутренней поверхности > полки галтели радиусом 3 мм для трещин А1, A3 : и Б1. Их развитие происходило сначала в попереч- , ном направлении до сквозного прорастания в пол- • ках, а затем вдоль них. Очаги зарождения трещин А2, Б2 и БЗ были расположены на наружной ; поверхности стенки профиля на расстоянии 9- ! 12 мм от кромки угла. Трещина БЗ не являлась сквозной и имела глубину около 2,5 мм при толщи- j не стенки 3 мм. <

Вместе с тем в процессе дальнейшей эксплуатации стали появляться случаи зарождения и распространения усталостных трещин в крышках гидрофильтров по впадинам резьбы, с помощью которой крышка навинчивается на корпус гидрофильтра (рис. 14.24). Трещины имели похожий характер сквозного прорастания от впадин резьбы.

Последовательное возрастание долговечности в гидрофильтрах с ростом уровня k^ происходит таким образом, что при максимальной перегрузке и давлении 20,6 МПа усталостные трещины вообще не были зафиксированы по внутренней поверхности агрегата при проведении контроля поверхности после наработки 106 циклов. Для этого уровня рабочего давления после перегрузки в 1,5 раза нарушение герметичности агрегата в результате сквозного прорастания усталостной трещины было зафиксировано при наработке не более 200000 циклов.

Полученные разрушения испытанных труб находятся в диапазоне от 1600 до 25000 циклов. Характер разрушения точно соответствовал эксплуатационному, и во всех случаях трещина возникала в зоне сварного шва. Регистрация разрушения производилась по появлению течи в результате сквозного прорастания трещины.