T. 329, №3 , 2018 г.

Оптимизация армирования элементов микромеханических приборов для геологических изысканий: компьютерное моделирование и эксперимент

Актуальность исследования обусловлена использованием гироскопов и инклинометров для измерения траектории бурения скважин. В качестве элементов этих приборов часто используются пластины различной конфигурации с технологическими вырезами или вставками, наличие которых приводит к концентрации напряжений в некоторых областях и к дальнейшему их разрушению, если эти напряжения превысят предел прочности материала ƠB1. Одним из способов повышения надежности этих элементов является армирование пластин, что позволяет усилить конструкцию в проблемных областях. Цель работы: создание метода и алгоритма топологической оптимизации микроструктуры усиливающей арматуры с учетом ограничений по напряжениям для пластинок, являющихся элементами гироскопов и инклинометров, для увеличения их прочности и надежности. Методы. Для математического моделирования напряженно-деформированного состояния пластинок используются методы конечных элементов для задач механики твердого деформируемого тела. Оптимальная структура армирования пластин получена методом топологической оптимизации, разработанным авторами. Результаты. Предложенный и реализованный алгоритм в виде комплекса программ позволяет получать топологически оптимальное армирование пластин не только при наличии вырезов и отверстий, но и при наличии включений из другого материала в базовый материал пластины. На примере модельной задачи получена оптимальная структура армирования пластины с технологическими вырезами, с целью проверки полученных результатов проведен эксперимент.

Ключевые слова:

армирование, критерий Мизеса, пластины c технологическими вырезами, топологическая оптимизация, метод конечных элементов, композиционные материалы, трехмерная печать, испытания на растяжение, пластины, конечные элементы, растяжение, электронный ресурс

Авторы:

Павлов Сергей Петрович

Бекренев Николай Валерьевич

Злобина Ирина Владимировна

Бодягина Ксения Сергеевна

Скачать PDF