Моделирование процессов лазерной обработки материалов

Кафедра АПЕПС совместно с кафедрой лазерных технологий КПИ и Институтом сверхтвердых материалов НАНУ ведет работы по компьютерному моделированию температурных полей, возникающих под воздействием лазерного излучения на материалы.

 

В частности, моделируются процессы:

  • лазерно-дуговой наплавки порошковых материалов на поверхность деталей с целью их укрепления или восстановления их формы;
  • лазерной перфорации для восстановления нефтедобывающих скважин;
  • лазерного упрочнения инструментов для обработки материалов;
  • лазерного спекания композитных материалов;
  • повышение устойчивости тонколистовых металлических конструкций созданием металлургических ребер жесткости;
  • лазерного формообразования металлических пространственных конструкций;
  • лазерной гипертермии биологических сред для лечения опухолей;
  • нанесения твердых смазок в углубление деталей, работающих в экстремальных условиях.

Как математическую модель использовано трехмерное нестационарное нелинейное дифференциальное уравнение в частных производных. Для решения задачи исследуется и совершенствуется метод расщепления с адаптивной дискретизации расчетной области. Программирование моделирующих комплексов выполняется на языке Pascal в среде Delphi 7.0.

 

Исполнители: д.т.н. проф.Лукьяненко С.А., к.т.н. ст. преп.Третьяк В.А., к.т.н. ст. преп. Михайлова И.Ю.

 

 

Геометрическое моделирование очистки паровых потоков материалов в вакууме

Процесс вакуумно-дуговой напыления широко применяется для нанесения декоративных и износостойких покрытий. Качество напыленного слоя материала определяется относительным количеством и размером капель, составляющих поверхность. Процесс испарения непременно сопровождается выбросом капель достаточно большого размера, состояние которых в процессе полета переходит из жидкого в твердое.

 

Одной из методик борьбы с крупными каплями в конденсате является использование электромагнитно-механических фильтров, которые блокируют путь макрочастиц и транспортируют поток плазмы. Одной из важных проблем, которая требует решения при геометрическом моделировании поверхности фильтра плазмы, является проведение количественной оценки его задерживающих (отражающих) свойств. В качестве параметров могут выступать количество отражений и направление отражения в момент, когда макрочастицы оставляет фильтр.

 

Цель исследования: создание теоретической, алгоритмической базы и программного обеспечения для геометрического моделирования процесса очистки паровых потоков материалов. Работа проводится совместно с Институтом электросварки НАНУ.

 

Исполнители: д.т.н., доц.Аушева Н. М., к.т.н. ст.преп.Демчишин А. А.

 

Нейросетевые методы технической диагностики основного оборудования АЭС

Современные системы контроля параметров ядерной энергоустановки в структуре АСУ ТП АЭС не обеспечивают автоматическое распознавание текущего режима работы критически важных элементов и систем, а именно: реакторной установки, главных циркуляционных насосов, парового турбоагрегата. Решение этих задач возложено непосредственно на оперативный персонал ядерного энергоблока.

 

Проблема разработки нейросетевых моделей с новыми функциональными возможностями для раннего автоматического распознавания соответствующих стадий процесса возникновения предаварийных режимов эксплуатации является актуальной.

 

Целью проекта является создание комплекса математических моделей и соответствующего программного обеспечения для автоматической диагностики основного оборудования АЭС на основе методологии искусственных нейронных сетей.

 

Методы исследования базируются на современных концепциях нейроматематики и искусственных нейронных сетей, теории распознавания образов, спектрального анализа и цифровой обработки сигналов, теории стохастических динамических систем.

 


Исполнители: к.т.н., доц.Шаповалова С. И., к.т.н.Шараевский Г. И.

Моделирование температурного поля сотопанельних конструкций с тепловыми трубами

На кафедре АПЕПС в сотрудничестве с лабораторией тепловых труб кафедры АЭС и ИТФ НТУУ «КПИ» осуществляется разработка программного обеспечения для расчета температурного поля тепловых труб и сотопанельних конструкций с тепловыми трубами.

 

Сотопанельни конструкции применяются для изготовления корпусов космических аппаратов, тепловые трубы обеспечивают охлаждение оборудования.

 

При проектировании конструкции для определения ее оптимальных параметров возникает необходимость осуществления математического моделирования температурного поля Сотопанели. Основой математической модели является нестационарное уравнение теплопроводности. Также осуществляется разработка информационных структур алгоритмов для параллельного моделирования на многоядерных системах и кластерах.

 

Исполнитель: к.т.н. доц.Смаковский Д.С.

 

Геометрическое моделирование объектов на основе нелинейных преобразований

Предметной областью является теория деформации объектов под воздействием каких-либо факторов.

 

Результаты научных исследований применяются при необходимости получения математической модели объекта после изменения геометрической формы. Например, при исследовании динамики изменения кромки выгорания при лесного пожара, при прогнозировании изменения формы облаков, то есть при прогнозировании погоды на определенный промежуток времени, при наблюдении за изменением формы нефтяного пятна после экологической аварии и тому подобное.

 

Исполнители: к. Т. Н., Доц.Сидоренко Ю. В., асс.Каленюк А. С.

 

Численное моделирование нелинейных процессов переноса в фотоэлектрических и электрохимических преобразователях

Одним из перспективных направлений развития мировой энергетики является производство электрической энергии за счет использования солнечного фотоэлектрического оборудования, снимает ряд проблем, связанных с исчерпанием органических энергоресурсов и требованиями экологической безопасности.

 

Повышение энергоэффективности фотоэлектрических систем электропитания осуществляется различными методами, в первую очередь за счет повышения КПД при преобразовании энергии солнечного излучения в электрическую и применения различных видов электрохимических аккумуляторов для резервного электроснабжения потребителей в периоды уменьшения интенсивности или отсутствия солнечного излучения.

 

Исследование нелинейных процессов переноса зарядов в фотоэлектрических и электрохимических преобразователях энергии с применением методов численно-аналитического моделирования, проводимого кафедрой АПЕПС совместно с Институтом возобновляемой энергетики НАНУ, позволяет повысить уровень научных исследований, направленных на создание более эффективной и дешевой элементной базы фотоэнергетики.

 

Исполнитель: асс.Матях С.В.

 

Автоматизированная система термического анализа

Автоматизированная система дифференциального термического анализа предназначена для оперативного выявления физических свойств и химического состава сплавов при кристаллизации.

 

Сотрудники кафедры принимают участие в разработке программно-аппаратных компонентов информационно-аналитической системы управления процессами кристаллизации металлических расплавов, что позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики металлических изделий. При разработке системы применяются методы кластерного анализа, искусственные нейронные сети для распознавания фаз сплава и методы сглаживания термокривих сплайнами.

 

Система может быть внедрена на металлургических предприятиях авиационной и других отраслей народного хозяйства для производства композитных материалов.

 

Работа выполняется совместно с Институтом кибернетики им. Глушкова Национальной академии наук Украины и физико-технологическим институтом металлов и сплавов Национального авиационного университета.

 

Исполнители: д.ф.-м.н.Писаренко В. Г., асс.Варава И.А.

 

Моделирование сложных динамических систем на основе решения интегральных уравнений

Кафедрой АПЕПС совместно с Институтом проблем моделирования в энергетике им. Е. Пухова НАН Украины осуществляется разработка компьютерных методов и средств исследования сложных динамических систем на основе решения систем интегральных уравнений. Полученные результаты используются при выполнении проектно-расчетных работ, связанных с разработкой некоторых конструкций электромеханических систем специализированного назначения, а также в сложных электрических управляющих устройствах, которые могут быть представлены в виде многоконтурных электрических схем замещения.

 

Проводятся исследования по совершенствованию существующего математического, алгоритмического и программного обеспечения для моделирования интегральных моделей динамических систем, в частности - разработка параллельных алгоритмов и программ, расширение существующих серийных средств моделирования новыми модулями.

 

Исполнитель: к.т.н., ст. выкл.тихоход В.А.

 

Новые эффективные технологии смешивания в сплошных средах

 

На кафедре АПЭПС ведутся работы по решению научных и технологических проблем смешивания в сплошных средах.

 

Технологии смешивания применяются для прогнозирования распределения загрязнений, вызванных техногенными авариями в атмосфере и водной среде. Также эти технологии могут использоваться в химической, фармацевтической и пищевой промышленности для разработки новых конструкций смесителей.

 

Научные партнеры кафедры: Институт гидродинамики НАНУ, Киевский Национальный университет им. Тараса Шевченко, Эйндховенский технологический университет (Нидерланды), Политехнический университет Милана (Италия).

Исполнитель: д.ф.-м.н., с.н.с.Гуржий О.А.

 

Математическое моделирование и разработка сапр систем теплоснабжения

Одним из приоритетных направлений развития науки и техники в Украине является решение проблем энергосбережения, особенно это касается объектов с децентрализованной системой теплоснабжения.

 

Замена старой техники на новое высокоэффективное котельное оборудование невозможно без ускоренного развития и внедрения средств математического моделирования и соответствующих систем автоматизированного проектирования (САПР) комплексов тепло- и горячего водоснабжения.

 

Основные задачи, решаемые в данном направлении:

  • разработка компьютерных комплексов для расчета и оптимизации по выбранным параметрам (тепловая мощность, КПД, температура теплоносителя, габаритные размеры) новых перспективных конструкций котлоагрегатов, отвечающие современным стандартам охраны окружающей среды и обеспечивают постоянно растущие требования экономичного использования топлива;
  • обеспечение ускорения внедрения разработанных агрегатов в производство за счет сокращения времени на создание рабочих чертежей и исключения ошибок на этой стадии работ.


Исполнители: к.т.н., доц.Кузьменко И.М., старший преподаватель.Молодид О.К., асс.Антонюк Т.В.