Итоги конкурса студенческих работ 2024

Итоги ежегодного конкурса студенческих работ 2024

Подведены итоги ежегодного конкурса студенческих работ, организованного компанией «НТЦ «АПМ». В конкурсе приняли участие студенты из разных вузов России, которые использовали программное обеспечение APM WinMachine, APM Civil Engineering и систему прочностного анализа APM FEM для КОМПАС-3D для выполнения своих проектов. Традиционно к участию допускались курсовые и дипломные работы, а также инициативные и научные проекты студентов.

Участие в инженерных соревнованиях, особенно тех, которые связаны с использованием математических методов и компьютерного моделирования с помощью программных систем компьютерного инжиниринга (CAE), играет ключевую роль в формировании профессиональных навыков будущих инженеров. Возможно поэтому в текущем году возросло количество ВУЗов, которые представляют участники конкурса. Всего было представлено двадцать работ из тринадцати ВУЗов. В 2023 на конкурс было представлено двенадцать работ от представителей пяти вузов. Продукты APM всё больше применяются в учебном процессе при подготовке инженерных кадров. Среди присланных работ можно было найти самые разные темы, включая классические задачи оценки прочности, жёсткости и устойчивости конструкций, а также новые направления, такие как расчёт течений жидкостей и газов, тепловой анализ и топологическая оптимизация конструкций.

По итогам работы конкурсной комиссии было выбрано три победителя!

	Призовое место		Участник		ВУЗ		Наименование работы		Руководитель работы
	Первое		Сафина Диана Александровна		КузГТУ		Разработка методики прочностного расчета зубьев механических передач		Дубинкин Д.М., доцент кафедры «Металлорежущих станков и инструментов»
	Второе		Миронова Анна Валерьевна		МФТИ		Моделирование деформации Y-образного элемента трубы под действием напора жидкости		Бородин А.К. инженер II категории
	Третье		Буянкина Александра Сергеевна		ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. НОСОВА»		Моделирование напряженно-деформированного состояния трубобетонных колонн зданий и сооружений в модуле Studio ПК WinMachine		Конев С.В., к.т.н., доц. каф. Механика Кришан А.Л., д.т.н., проф. каф. Проектирования и строительства зданий

В работе Дианы Сафиной «Разработка методики прочностного расчёта зубьев механических передач» проведено исследование напряженно-деформированного состояния зубьев косозубых цилиндрических зубчатых колес. Расчет выполнен на примере зубчатых колес коническо-цилиндрического трёхступенчатого редуктора. Для решения задачи был использованы программное обеспечение компании НТЦ «АПМ» и ее партнера – компании АСКОН.

	а)		б)		в)
	Рис. 1. Результат расчёта сил в зацеплении: а – для первой ступени редуктора; б – для второй ступени редуктора; в – для третьей ступени редуктора

Для построения 3D-моделей эвольвентных профилей зубчатых колес использовалась CAD-система «КОМПАС-3D». Построение расчетных моделей производилось в программном комплексе APM WinMachine. В частности, в модуле APM Drive были определены силы, действующие в зубчатом зацеплении (Рис. 1). Расчет напряженно-деформированного состояния проводился в модуле APM Studio в двух постановках: при первом варианте с моделированием площадки контакта между зубьями (Рис. 2а), а при втором – с линейным контактом (Рис. 2б). В первом прикладывалась сила, распределенная на площадь контакта, а во втором – на линию контакта.

	а)		б)
	Рис. 2. Модели зубчатых колес: а – с площадкой контакта; б – с линией контакта

 

Сравнение результатов расчета показало, что при постановке задачи с моделированием площадки контакта в зацеплении получены результаты, приближенные к аналитическим результатам с расхождением, не превышающим 2%. В результате были получены карты напряжений позволяющие оценить реалистичное распределение напряжений в зубьях колеса (Рис. 3).

	а)		б)
	Рис. 3. Карта результатов напряжений для зубьев колеса с учетом ширины площадки контакта: а – второй ступени; б – третьей ступени

 

Представленный в работе подход возможно использовать для определения требований к механическим характеристикам материала зубчатых колес и их термообработке.

Работа Анны Мироновой посвящена FSI (Fluid-Structure Interaction) анализу Y-образной цельнофланцевой трубы при протекании через нее жидкости (Рис. 4а). Данный тип анализа предназначен для оценки воздействия на конструкцию потока жидкости или газа. При этом одновременно используется метод конечных элементов для расчета напряжено-деформированного состояния конструкции и метод конечных объемов для расчета параметров течения. Для реализации данного подхода потребовалось совместное использование программных продуктов компании НТЦ «АПМ» и ее партнера – компании ТЕСИС.

	а)		б)		в)
	Рис. 4. Модель Y-образной цельнофланцевой трубы: а – модель в CAD; б – КЭ-модель в APM Studio; в – КО-модель в FlowVision

 

Конечно-элементная модель (Рис. 4б) была получена в модуле APM Studio программного комплекса APM WinMachine и далее импортирована в модуль APM Structure3D. Конечно-объемная модель (Рис. 4в) разработана в FlowVision. Расчет осуществлялся совместно в модуле APM Stucture3D и программе FlowVision через специальный «сервер расчета», который позволяет программам обмениваться нужной информацией в итерационном режиме. 

В программе FlowVision рассчитывались характеристики потока жидкости, включающие скорости течения и давления. Далее полученные результаты передавались в программу APM Stucture3D, где определялось напряженно-деформированное состояние детали. Результаты расчета в виде деформированной КЭ-сетки возвращались в программу FlowVision, после чего расчет течения жидкости повторялся в новь, но с учетом измененных размеров Y-образной трубы.

В результате работы получены карты напряжений и деформаций Y-образной трубы под воздействием потока жидкости (Рис. 5). Методика, представленная в работе, позволяет оценивать напряженно-деформированное состояние элементов трубопроводной арматуры, а также показывает возможности программных комплексов APM WinMachine и FlowVision при решении задач FSI.

 

Рис. 5. Карта эквивалентных напряжений по Мизесу для последней рассчитанной итерации

В работе Александры Буянкиной выполнен дублирующий расчет трубобетонных колонн, используемых при строительстве офисного здания общественного назначения «Екатеринбург – Сити», построенного в г. Екатеринбург (Рис. 6). При этом сравнивалось два варианта колонн с равными сечениями стальных оболочек: круглое и квадратное.

	а)		б)
	Рис. 6. Здание «Екатеринбург – Сити»: а – фасад; б – план этажей с указанием положения трубобетонных колонн

В работе моделировали взаимодействия ядра стальбетонной трубы (высокопрочного бетона) со стальной оболочкой. Моделирование осуществлялось в модуле APM Studio программного комплекса APM WinMachine. Бетонное ядро колонны нагружалось распределенным давлением в осевом направлении при неподвижном основании колонны.

Анализ карт радиальных напряжений Sx (Рис. 7) и перемещений Ux (Рис. 8) круглой колонны показал, что наличие стальной оболочки позволяет укрепить бетонное ядро, обеспечивая благоприятные условия его деформации.

Рис. 8. Радиальные напряжения Sx в стальбетонной колонне

Рис. 9. Радиальные перемещения Ux в стальбетонной колонне

Дальнейший расчет для колонны с квадратным сечением показал, что круглая колонна предпочтительнее, так как в ее оболочке формируются существенно меньшие растягивающие напряжения, чем в квадратной. Кроме того, радиальные перемещения в круглой колонне также меньше.

Помимо участников, занявших призовые места, хочется отметить и поблагодарить других участников конкурса:

	ВУЗ		Студент		Руководитель работы		Наименование работы
	БГТУ им. В.Г.Шухова		Касьянов Андрей Витальевич		Прокопенко Владислав Станиславович		Проектирования рамы мини погрузчика
	СГУПС		Василенков Леонид Никитович		доц. каф. ППСДМ Игнатюгин Валерий Юрьевич		Разработка виртуальной лабораторной работы «Анализ напряжённо-деформированного состояния шарикоподшипников»
	СТИ НИТУ «МИСИС»		Бабкин Данил Федорович		к.т.н., доцент кафедры ТОММ Владимиров Александр Андреевич		Разработка и расчет индивидуального модуля для базы мачтовой анкерной системы
	СТИ НИТУ «МИСИС»		Кудинов Егор Алексеевич		Доцент кафедры технологии и оборудования в металлургии и машиностроении им. В.Б. Крахта, Владимиров А.А.		Моделирование и исследование конструкции устройства вибрационного точения методом конечно-элементного анализа
	УГГУ		Коминов Алексей Александрович		доц., к.т.н. Савинова Наталья Владимировна		Анализ металлоконструкций и трубороводных систем станции водоподготовки
	НГТУ		Блинников Артём Андреевич		к.т.н., доцент Скиба Вадим Юрьевич		Исследование и проектирование специализированного фрезерного станка с числовым программным управлением для изготовления деталей типа «Призма»
	НГТУ		Грищенко Александр Михайлович		к.т.н., доцент Скиба Вадим Юрьевич		Исследование и проектирование специализированного токарно-револьверного станка с числовым программным управлением оля изготовления деталей типа «Диск»
	НГТУ		Дмитрук Андрей Владимирович		Кандидат технических наук, доцент Зверев Егор Александрович		Исследование и проектированиеспециализированного токарного станка счисловым программным управлением дляобработки детали типа ступица
	НГТУ		Калмыков Олег Сергеевич		Старший преподаватель кафедры ПТМ (Проектирования технологических машин) Вахрушев Никита Викторович		Проектирование и исследование токарного станка с числовым программным управлением для обработки детали типа «Стакан»
	НГТУ		Смирнова Дарья Максимовна		д.т.н., доцент Иванцивский Владимир Владимирович		Разработка концепции специализированного станка для обработки детали типа «Втулка»
	НГТУ		Чулков Семен Олегович		Старший преподаватель кафедры ПТМ (Проектирования технологических машин) Вахрушев Никита Викторович		Проектирование и исследование токарного станка с числовым программным  управлением для обработки детали типа «Диск»
	НГТУ		Шарыпова Александра Валерьевна		к.т.н., доцент Скиба Вадим Юрьевич		Проектирование специального технологического оборудования
	СИБАДИ		Кирьянов Виталий		д.т.н., проф. Корытов Михаил Сергеевич		Производственная практика
	ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Л.Н. ТОЛСТОГО		Бондарев Иван Алексеевич		Д.т.н., доцент, профессор кафедры Агроинженерии и  техносферной безопасности Лукиенко Леонид Викторович		Исследование прочностной нагруженности тяжело нагруженной цевочной рейки для очистных комбайнов
	БРЯНСКИЙ ГАУ		Мокшин Илья Алексеевич		Никитин Виктор Васильевич доктортехнических наук, доцент заведующий кафедрой технического сервиса		Расчет деревянных конструкций в APM WinMachine
	ЮЖНО-КАЗАХСТАНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.О. АУЭЗОВА		Бахберген Султан		к.т.н., проф. Жанабай Нурлан Жанабайулы		Теоретическое исследование в программном продукте APM Civil Engineering эффективности применения трехслойной панели из высокопоризованного полистирол бетона
	ЯГТУ		Федорова Дарья Владимировна		к.п.н., доцент, заведующий кафедрой «Начертательная геометрия и инженерная графика» Исаев Александр Николаевич		Топологическая оптимизация кронштейна крепления авиационного поршневого двигателя с целью снижения энергии деформации и уменьшения массы детали

 

Еще раз заметим, что представленные на конкурс работы отличались разнообразием тем и областей применения, а главное, что в них показаны реальные практические задачи, которые могут быть решены в программных продуктах APM WinMachine, APM Civil Engineering, APM FEM для КОМПАС-3D.

Компания НТЦ «АПМ» искренне выражает благодарность всем участникам и гордится тем, что ее программные продукты способствуют подготовке новых инженерных кадры страны!

 
С уважением
и надеждой на продолжение плодотворного сотрудничества,
Коллектив НТЦ «АПМ»