Моделювання процесів лазерної обробки матеріалів

Кафедра АПЕПС сумісно з кафедрою лазерних технологій КПІ та Інститутом надтвердих матеріалів НАНУ веде роботи з комп’ютерного моделювання температурних полів, що виникають під впливом лазерного випромінювання на матеріали.

 

Зокрема, моделюються процеси:

  • лазерно-дугового наплавлення порошкових матеріалів на поверхню деталей з метою їх зміцнення або відновлення їхньої форми;
  • лазерної перфорації для відновлення нафтодобувних свердловин;
  • лазерного зміцнення інструментів для обробки матеріалів;
  • лазерного спікання композитних матеріалів;
  • підвищення сталості тонколистових металевих конструкцій створенням металургійних ребер жорсткості;
  • лазерного формоутворення металевих просторових конструкцій;
  • лазерної гіпертермії біологічних середовищ для лікування пухлин;
  • нанесення твердих мастил у поглиблення деталей, які працюють в екстремальних умовах.

 

Як математичну модель використано тривимірне нестаціонарне нелінійне диференційне рівняння у частинних похідних. Для розв’язання задачі досліджується і вдосконалюється метод розщеплення з адаптивною дискретизацією розрахункової області. Програмування моделюючих комплексів виконується на мові Pascal у середовищі Delphi 7.0.

 

Виконавці: д.т.н. проф. Лук’яненко С.О., к.т.н. ст.викл. Третяк В.А., к.т.н. ст.викл. Михайлова І.Ю.

 

 

Геометричне моделювання очищення парових потоків матеріалів у вакуумі

Процес вакуумно-дугового напилення широко застосовується для нанесення декоративних та зносостійких покриттів. Якість напиленого шару матеріалу визначається відносною кількістю та розміром крапель, що складають поверхню. Процес випаровування неодмінно супроводжується викидом крапель досить великого розміру, стан яких у процесі польоту переходить з рідкого у твердий.

 

Однією з методик боротьби з великими краплями у конденсаті є використання електромагнітно-механічних фільтрів, які блокують шлях макрочасток та транспортують потік плазми. Однією з важливих проблем, яка потребує вирішення при геометричному моделюванні поверхні фільтра плазми, є проведення кількісної оцінки його затримуючих (відбивальних) властивостей. В якості параметрів можуть виступати кількість відбиттів та напрямок відбиття в момент, коли макрочастка залишає фільтр.

 

Мета дослідження: створення теоретичної, алгоритмічної бази та програмного забезпечення для геометричного моделювання процесу очищення парових потоків матеріалів. Робота проводиться спільно з Інститутом електрозварювання НАНУ.

 

Виконавці: д.т.н., доц. Аушева Н. М., к.т.н. ст. викл. Демчишин А. А.

 

Нейромережеві методи технічної діагностики головного обладнання АЕС

Сучасні системи контролю параметрів ядерної енергоустановки в структурі АСУ ТП АЕС не забезпечують автоматичне розпізнавання поточного режиму роботи критично важливих елементів і систем, а саме: реакторної установки, головних циркуляційних насосів, парового турбоагрегату. Вирішення цих задач покладено безпосередньо на оперативний персонал ядерного енергоблоку.

 

Проблема розробки нейромережевих моделей з новими функціональними можливостями для раннього автоматичного розпізнавання відповідних стадій процесу виникнення передаварійних режимів експлуатації є актуальною.

 

Метою проекту є створення комплексу математичних моделей та відповідного програмного забезпечення для автоматичної діагностики головного обладнання АЕС на основі методології штучних нейронних мереж.

 

Методи дослідження базуються на сучасних концепціях нейроматематики та штучних нейронних мереж, теорії розпізнавання образів, спектрального аналізу та цифрової обробки сигналів, теорії стохастичних динамічних систем.

 

Виконавці: к.т.н., доц. Шаповалова С. І., ас. Шараєвський Г. І.

Моделювання температурного поля сотопанельних конструкцій з тепловими трубами

На кафедрі АПЕПС у співробітництві з лабораторією теплових труб кафедри АЕС та ІТФ НТУУ «КПІ» здійснюється розробка програмного забезпечення для розрахунку температурного поля теплових труб та сотопанельних конструкцій з тепловими трубами.

 

Сотопанельні конструкції застосовуються для виготовлення корпусів космічних апаратів, теплові труби забезпечують охолодження обладнання.

 

При проектуванні конструкції для визначення її оптимальних параметрів виникає необхідність здійснення математичного моделювання температурного поля сотопанелі. Основою математичної моделі є нестаціонарне рівняння теплопровідності. Також здійснюється розробка інформаційних структур алгоритмів для паралельного моделювання на багатоядерних системах та кластерах.

 

Виконавець: ст. викл. Смаковський Д.С.

 

Геометричне моделювання об’єктів на основі нелінійних перетворень

Предметною областю є теорія деформації об’єктів під впливом будь-яких чинників.

 

Результати наукових досліджень застосовуються при необхідності отримання математичної моделі об’єкта після зміни геометричної форми. Наприклад, при дослідженні динаміки зміни крайки вигоряння під час лісової пожежі, при прогнозуванні зміни форми хмар, тобто при прогнозуванні погоди на певний проміжок часу, при спостереженні за зміною форми нафтової плями після екологічної аварії, тощо.

 

Виконавці: к. т. н., доц. Сидоренко Ю. В., ас. Каленюк О. С.

 

Чисельне моделювання нелінійних процесів переносу у фотоелектричних та електрохімічних перетворювачах

Одним із перспективних напрямів розвитку світової енергетики є виробництво електричної енергії за рахунок використання сонячного фотоелектричного обладнання, що знімає ряд проблем, пов’язаних із вичерпанням органічних енергоресурсів та вимогами екологічної безпеки.

 

Підвищення енергоефективності фотоелектричних систем електроживлення здійснюється різними методами, в першу чергу за рахунок підвищення ККД при перетворенні енергії сонячного випромінювання в електричну та застосування різних видів електрохімічних акумуляторів для резервного електрозабезпечення споживачів у періоди зменшення інтенсивності або відсутності сонячного випромінювання.

 

Дослідження нелінійних процесів переносу зарядів в фотоелектричних та електрохімічних перетворювачах енергії із застосуванням методів чисельно-аналітичного моделювання, що проводиться кафедрою АПЕПС спільно з Інститутом відновлювальної енергетики НАНУ, дозволяє підвищити рівень наукових досліджень, спрямованих на створення більш ефективної і дешевої елементної бази фотоенергетики.

 

Виконавець: ас. Матях С.В.

 

Автоматизована система термічного аналізу

Автоматизована система диференціального термічного аналізу призначена для оперативного виявлення фізичних властивостей та хімічного складу сплавів під час кристалізації.

 

Співробітники кафедри приймають участь у розробці програмно-апаратних компонентів інформаційно-аналітичної системи управління процесами кристалізації металевих розплавів, що дозволяє значно підвищити експлуатаційні характеристики металевих виробів. При розробці системи застосовуються методи кластерного аналізу, штучні нейронні мережі для розпізнавання фаз сплаву та методи згладжування термокривих сплайнами.

 

Система може бути впроваджена на металургійних підприємствах авіаційної та інших галузей народного господарства для виробництва композитних матеріалів.

 

Робота виконується спільно з Інститутом кібернетики ім. В.М.Глушкова Національної академії наук України та фізико-технологічним інститутом металів і сплавів Національного авіаційного університету.

 

Виконавці: д.ф.-м.н. Писаренко В. Г., ас. Варава І.А.

 

Моделювання складних динамічних систем на основі розв’язання інтегральних рівнянь

Кафедрою АПЕПС спільно з Інститутом проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України здійснюється розробка комп’ютерних методів та засобів дослідження складних динамічних систем на основі розв’язання систем інтегральних рівнянь. Отримані результати використовуються при виконанні проектно-розрахункових робіт, пов’язаних з розробкою деяких конструкцій електромеханічних систем спеціалізованого призначення, а також в складних електричних керуючих пристроях, які можуть бути представлені у вигляді багатоконтурних електричних схем заміщення.

 

Проводяться дослідження по вдосконаленню існуючого математичного, алгоритмічного та програмного забезпечення для моделювання інтегральних моделей динамічних систем, зокрема — розробка паралельних алгоритмів та програм, розширення існуючих серійних засобів моделювання новими модулями.

 

Виконавець: к.т.н., ст. викл. Тихоход В.О.

 

Нові ефективні технології та засоби змішування в суцільних середовищах

На кафедрі АПЕПС ведуться роботи по вирішенню наукових та технологічних проблем змішування в суцільних середовищах.

Технології змішуваннязастосовуються для прогнозування розподілу забруднень, спричинених техногенними аваріями в атмосфері та водному середовищі. Також ці технології можуть використовуватися в хімічній, фармацевтичній та харчовій промисловості для розробки нових конструкцій змішувачів.

Наукові партнери кафедри: Інститут гідродинаміки НАНУ, Київський Національний університет ім. Тараса Шевченка, Ейндховенський технологічний університет (Нідерланди), Політехнічний університет Мілану (Італія).

 

Виконавець: к. ф.-м. н., с.н.с., доц. Гуржій О.А.

 

Математичне моделювання та розробка сапр систем теплопостачання

Одним з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки в Україні є вирішення проблем енергозбереження, особливо це стосується об’єктів з децентралізованою системою теплопостачання.

 

Заміна старої техніки на нове високоефективне котельне обладнання неможливе без прискореного розвитку та впровадження засобів математичного моделювання та відповідних систем автоматизованого проектування (САПР) комплексів тепло- та гарячого водопостачання.

 

Основні завдання, що вирішуються в даному напрямку:

  • розробка комп’ютерних комплексів для розрахунку та оптимізації за вибраними параметрами (теплова потужність, ККД, температура теплоносія, габаритні розміри) нових перспективних конструкцій котлоагрегатів, що відповідають сучасним стандартам охорони навколишнього середовища та забезпечують постійно зростаючі вимоги економічного використання палива;
  • забезпечення прискорення впровадження розроблених агрегатів у виробництво за рахунок скорочення часу на створення робочих креслень та виключення помилок на цій стадії робіт.

 

Виконавці: к.т.н., доц. Кузьменко І.М., ст.викл. Молодід О.К., ас. Антонюк Т.В.