Абердинский проект — различия между версиями
Материал из Department of Theoretical and Applied Mechanics
м |
(→Участники проекта) |
||
| (не показано 16 промежуточных версий 8 участников) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
| + | [[ТМ|Кафедра ТМ]] > [[Прикладные исследования]] > '''Вибрационное сверление''' <HR> | ||
| + | |||
| + | {{DISPLAYTITLE:<span style="display:none">{{FULLPAGENAME}}</span>}} | ||
| + | <font size="5"> Абердинский проект</font> | ||
| + | |||
[[Файл:Kings_College_Aberdeen.jpg|thumb|King's College, University of Aberdeen]] | [[Файл:Kings_College_Aberdeen.jpg|thumb|King's College, University of Aberdeen]] | ||
| − | Абердинский проект | + | Абердинский проект — общее название серии научно-исследовательских проектов, посвященных исследованию разрушения горных пород под действием вибрационного бурения (Resonance Enhanced Drilling, RED). Проект осуществляется сотрудниками [[Кафедра "Теоретическая механика"|кафедры]] совместно с сотрудниками [http://www.abdn.ac.uk/ Абердинcкого Университета] (Великобритания). |
==История== | ==История== | ||
| Строка 15: | Строка 20: | ||
==2009-2010 годы== | ==2009-2010 годы== | ||
| − | В 2009 году по инициативе [[Лобода Ольга|Ольги | + | В 2009 году по инициативе [[Лобода Ольга|Ольги Лободы]] и [http://www.abdn.ac.uk/engineering/people/details.php?id=e.pavlovskaia Екатерины Павловской] сотрудничество двух университетов было возобновлено в рамках проекта 09-01-92603-КО_а "Моделирование хрупкого разрушения под действием динамических нагрузок", поддержанного [http://www.rfbr.ru РФФИ] и [http://royalsociety.org/ Лондонским Королевским обществом]. В результате работы в 2009-2010 гг. было проведено сравнение аналитической и компьютерной моделей. При этом численная модель была усовершенствована по сравнению с 2001 г. В 2009-2010 годах в рамках проекта проделана следующая работа: |
* введен более корректный учет статического и динамического продольного воздействия на инструмент (tool), позволяющий задавать динамическую нагрузку на бур, а не кинематическую; кроме того, нагрузка задается параметрически, выражаясь через крутящий момент реальной установки; | * введен более корректный учет статического и динамического продольного воздействия на инструмент (tool), позволяющий задавать динамическую нагрузку на бур, а не кинематическую; кроме того, нагрузка задается параметрически, выражаясь через крутящий момент реальной установки; | ||
* проведено и проанализировано порядка 800 вычислительных экспериментов; | * проведено и проанализировано порядка 800 вычислительных экспериментов; | ||
| Строка 38: | Строка 43: | ||
| − | == 2011 | + | == 2011-2012 годы== |
===Участники проекта=== | ===Участники проекта=== | ||
| Строка 53: | Строка 58: | ||
|- | |- | ||
| [[Лобода О.С.]] | | [[Лобода О.С.]] | ||
| − | | К.ф.-м.н., доц. [[Кафедра "Теоретическая механика"| | + | | К.ф.-м.н., доц. на [[Кафедра "Теоретическая механика"|кафедре]] |
| Координатор | | Координатор | ||
|- | |- | ||
| [[Игорь Беринский| Беринский И.Е.]] | | [[Игорь Беринский| Беринский И.Е.]] | ||
| − | | К.ф.-м.н., | + | | К.ф.-м.н., доц. на [[Кафедра "Теоретическая механика"|кафедре]] |
| Старший исследователь | | Старший исследователь | ||
|- | |- | ||
| Строка 76: | Строка 81: | ||
| Роль в проекте | | Роль в проекте | ||
|- | |- | ||
| − | | [http://www.abdn.ac.uk/engineering/people/ | + | | [http://www.abdn.ac.uk/engineering/people/profiles/e.pavlovskaia Ekaterina Pavlovskaia] |
| − | | К.ф.-м.н., | + | | К.ф.-м.н., Professor, Aberdeen University |
| Руководитель проекта | | Руководитель проекта | ||
|- | |- | ||
| − | | [http://www.abdn.ac.uk/engineering/people/ | + | | [http://www.abdn.ac.uk/engineering/people/profiles/m.wiercigroch Marian Wiercigroch] |
| Professor, Six Century Chair in Applied Dynamics, <BR> Aberdeen University | | Professor, Six Century Chair in Applied Dynamics, <BR> Aberdeen University | ||
| Научный консультант | | Научный консультант | ||
|- | |- | ||
| − | | [http://www.abdn.ac.uk/engineering/people/ | + | | [http://www.abdn.ac.uk/engineering/people/profiles/j.ing James Ing] |
| − | | Ph.D., | + | | Ph.D., Lecturer, Aberdeen University |
| Исследователь | | Исследователь | ||
|- | |- | ||
| [http://www.abdn.ac.uk/engineering/people/details.php?id=o.k.ajibose Olusegun Ajibose] | | [http://www.abdn.ac.uk/engineering/people/details.php?id=o.k.ajibose Olusegun Ajibose] | ||
| − | | Ph.D., | + | | Ph.D., Research Fellow, Aberdeen University |
| Исследователь | | Исследователь | ||
|} | |} | ||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
===Результаты работы за 13.06.2011 - 24.06.2011=== | ===Результаты работы за 13.06.2011 - 24.06.2011=== | ||
| Строка 163: | Строка 121: | ||
* MPI-версия обновленной программы (проблемы с работой с файловой системой в Linux) | * MPI-версия обновленной программы (проблемы с работой с файловой системой в Linux) | ||
| − | == | + | ===Результаты, представленные в магистерской работе [[Асонов И.Е.|И.Е. Асонова]]=== |
| − | + | [[Файл:Aberdeen Poly200 erased.PNG|right|200px|thumb|Модельный материал. Удалены частицы, имеющие по 6 соседей]] | |
| − | * [[ | + | [[Файл:Aberdeen potential al2.png|left|200px|thumb|Потенциал сглаженного взаимодействия, где a - равновесное расстояние, D - энергия связи потенциала Леннард-Джонса]] |
| + | * Создан модельный поликристаллический материал со сжатым сглаженным взаимодействием между частицами | ||
| + | * Для сжатого и сглаженного взаимодействия посчитаны изменения микропараметров (в первую очередь - потенциала сглаженного взаимодействия) | ||
| + | [[Файл:Aberdeen Stretching Asonov.png|right|300px|thumb|Тест на одноосное растяжение над 4мя образцами модельного материала. Для сравнения добавлен монокристллический модельный материал]] | ||
| + | * Над разработанным модельным материалом проведен тест на одноосное растяжение | ||
| + | * Определена скорость распространения продольной волны в поликристалле (она составляет ~85% от скорости продольной волны в монокристалле) | ||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
== Литература == | == Литература == | ||
| Строка 198: | Строка 168: | ||
[[Category: Научные проекты]] | [[Category: Научные проекты]] | ||
| + | [[Category: Механика дискретных сред]] | ||
Текущая версия на 11:11, 24 августа 2016
Кафедра ТМ > Прикладные исследования > Вибрационное сверление
Абердинский проект
Абердинский проект — общее название серии научно-исследовательских проектов, посвященных исследованию разрушения горных пород под действием вибрационного бурения (Resonance Enhanced Drilling, RED). Проект осуществляется сотрудниками кафедры совместно с сотрудниками Абердинcкого Университета (Великобритания).
Содержание
История[править]
В 1999 году А. М. Кривцов был приглашен профессором Марианом Верчигрохом в Абердинский университет по гранту Лондонского Королевского общества на постдок (postdoctoral research) длительностью 18 месяцев. За время работы в Абердине А. М. Кривцовым совместно с М. Верчигрохом была разработана аналитическая модель [1][2], позволившая исследовать скорость удаления материала как функцию статической продольной силы (weight on bit, WOB) и амплитуды гармонической продольной силы, приложенных к буру. При этом движение системы осуществляется как смена фаз слипания-скольжения, и ее поведение может изменяться от периодического к хаотическому [3]. С целью определения параметров аналитической модели и установления ее связи с экспериментом А. М. Кривцовым совместно с М. Верчигрохом была разработана компьютерная модель [4][5], основанная на использовании метода динамики частиц, который успешно применяется для решения задач разрушения материалов. Компьютерная модель позволила учесть ряд важных эффектов, которые проявляются в реальности и существенно влияют на характеристики бурения, однако не описываются аналитической моделью: износ и разрушение инструмента (бура), учет вращения бура, возможность сверления исключительно за счет статического воздействия на образец и пр. Экспериментальное исследование вибрационного сверления[3] проводилось Ежи Воеводой, приглашенным М. Верчигрохом для этой цели в Абердинский университет. В 2001 году к проекту присоединилась Екатерина Павловская, в результате чего была разработана более сложная аналитическая модель[6][7], где были учтены вязко-упругие свойства горной породы.
2009-2010 годы[править]
В 2009 году по инициативе Ольги Лободы и Екатерины Павловской сотрудничество двух университетов было возобновлено в рамках проекта 09-01-92603-КО_а "Моделирование хрупкого разрушения под действием динамических нагрузок", поддержанного РФФИ и Лондонским Королевским обществом. В результате работы в 2009-2010 гг. было проведено сравнение аналитической и компьютерной моделей. При этом численная модель была усовершенствована по сравнению с 2001 г. В 2009-2010 годах в рамках проекта проделана следующая работа:
- введен более корректный учет статического и динамического продольного воздействия на инструмент (tool), позволяющий задавать динамическую нагрузку на бур, а не кинематическую; кроме того, нагрузка задается параметрически, выражаясь через крутящий момент реальной установки;
- проведено и проанализировано порядка 800 вычислительных экспериментов;
- построены оценочные зависимости скорости сверления материала от соотношения амплитуды динамической нагрузки и величины статической нагрузки;
- проведено сравнение полученных результатов с простейшей аналитической моделью.
В результате сравнения было показано, что характер зависимостей скоростей бурения от приложенной нагрузки для компьютерной и аналитической моделей сходен (имеется оптимальное с точки зрения скорости бурения соотношение амплитуд статической и динамической нагрузки), однако есть и различия. Причины расхождений связаны с тем, что компьютерная модель
- является двумерной, в отличие от одномерной аналитической, то есть зависит от большего числа параметров;
- лучше моделирует сопротивление образца, так как материал в компьютерной модели обладает порогом разрушения, тогда как в простейшей аналитической модели сверления образца продвижение бура идет при сколь угодно малой нагрузке.
Результаты работы российской стороны за 2009-2010 год показаны Абердинским коллегам в рамках визита в апреле 2010 года, а также представлены на конференции Advanced Problems in Mechanics 2010[8]. Также на конференции Advanced Problems in Mechanics 2010 была представлена работа Абердинских коллег[9]ссылка на тезисы Екатерины Павловской.
2010-2011 годы[править]
В 2010-2011 году работа была направлена на развитие компьютерной модели:
- разработаны модели монокристаллического материала, монокристаллического материала с дефектами и поликристаллического материала;
- предложено два подхода к моделированию хрупких материалов, различающихся используемыми потенциалами взаимодействия между частицами;
- разработана компьютерная модель зубца бура, по форме соответствующая геометрии реального бура;
- введено ограничение на крутящий момент, прикладываемый к буру, за счет чего ограничивается мощность бурения;
- реализована возможность проведения пакетных расчетов на многопроцессорных вычислительных комплексах; проведено порядка 10000 вычислительных экспериментов с использованием ресурсов Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН;
- построены уточненные зависимости скорости удаления материала от соотношения динамической и статической составляющих действующей силы;
- проведено сравнение с усовершенствованной аналитической моделью;
- установлена регулярность результатов моделирования.
2011-2012 годы[править]
Участники проекта[править]
Со стороны СПбГПУ, Россия
| Фамилия, И.О. | Уч. степень, должность | Роль в проекте |
| Кривцов А.М. | Д.ф.-м.н., проф., зав. кафедрой | Руководитель проекта |
| Лобода О.С. | К.ф.-м.н., доц. на кафедре | Координатор |
| Беринский И.Е. | К.ф.-м.н., доц. на кафедре | Старший исследователь |
| Ле-Захаров С.А. | Асс. на кафедре | Исследователь |
| Асонов И.Е. | Асс. на кафедре | Исследователь |
Со стороны Абердинского университета, Великобритания
| Имя и фамилия | Уч. степень, должность | Роль в проекте |
| Ekaterina Pavlovskaia | К.ф.-м.н., Professor, Aberdeen University | Руководитель проекта |
| Marian Wiercigroch | Professor, Six Century Chair in Applied Dynamics, Aberdeen University |
Научный консультант |
| James Ing | Ph.D., Lecturer, Aberdeen University | Исследователь |
| Olusegun Ajibose | Ph.D., Research Fellow, Aberdeen University | Исследователь |
Результаты работы за 13.06.2011 - 24.06.2011[править]
Результаты представлены в мини-отчете[10], на докладе и на постере в рамках конференции APM в июле 2011 года [11]
Программная часть[править]
- Реализована возможность импортирования исходных данных, констант и прочих параметров из текстового файла. Эта возможность может применяться при решении любых задач. Создан универсальный интерпретатор входного файла с возможностью расширения.
- Внедрена и используется система контроля версий, позволяющая вести совместную работу над проектом. В результате существенно улучшен и унифицирован код. Множество программ для различных тестов собраны в одну, что позволяет более продуктивно проводить различные тесты и продолжать совершенствовать программу.
- Ссылка на проект в системе контроля версий: bitbucket.org. Там в режиме реального времени отображаются обновления.
Механическая часть[править]
- Подготовлен тест по индентированию материала. Катя сказала, что похожие результаты они получали в эксперименте.
- Переписан тест на растяжение (Stress-Strain) с использованием новых возможностей (управление из текстового файла + новые материалы)
- Создана универсальная функция для создания любого из 12 материалов. Любой из материалов может быть легко использован в любом из тестов (индентирование, бурение, растяжение)
- Монокристалл, монокристалл с дефектами, поликристалл
- Хрупкий и нехрупкий материал
- Сжатая (NEW в поликристалле!) и несжатая сила.
- Впервые получен поликристалл со сжатой силой взаимодействия. Технология приготовления:
- приготовить обычный поликристалл
- постепенно увеличить коэффициент сжатия, добиваясь на каждой итерации остывания образца и уменьшая внутренние напряжения
- Проведены тестовые расчеты
В разработке[править]
- Тесты по индентированию, растяжению и бурению 'реальных' материалов
- MPI-версия обновленной программы (проблемы с работой с файловой системой в Linux)
Результаты, представленные в магистерской работе И.Е. Асонова[править]
- Создан модельный поликристаллический материал со сжатым сглаженным взаимодействием между частицами
- Для сжатого и сглаженного взаимодействия посчитаны изменения микропараметров (в первую очередь - потенциала сглаженного взаимодействия)
- Над разработанным модельным материалом проведен тест на одноосное растяжение
- Определена скорость распространения продольной волны в поликристалле (она составляет ~85% от скорости продольной волны в монокристалле)
Литература[править]
- ↑ Krivtsov A.M., Wiercigroch M. Nonlinear Dynamics of Percussive Drilling of Hard Materials. CD Proc. Of 1999 ASME Int. Design Engineering Techn. Conf.: 17th Biennial Conference on Mechanical Vibration and Noise, Las Vegas, Nevada, DETC99/VIB-8033. 1999. 6p. (84 Kb)
- ↑ Krivtsov A.M., Wiercigroch M. Penetration Rate Prediction for Percussive Drilling via Dry Friction Model. Chaos, Solitons & Fractals, 2000, 11(15), 2479-2485. (215 Kb)
- ↑ 3,0 3,1 Wiercigroch M., Wojewoda J., Krivtsov A.M. Dynamics of ultrasonic percussive drilling of hard rocks. Journal of Sound and Vibration, 2005, Vol.280, Iss.3-5, pp.739-757. (620 kb)
- ↑ Krivtsov A. M., Wiercigroch M. Molecular dynamics simulation of mechanical properties for polycrystal materials. Materials Physics and Mechanics, 2001, 3, 45-51 (288 kb)
- ↑ Krivtsov A., Pavlovskaia E., Wiercigroch M. Impact fracture of rock materials due to percussive drilling action. 21st international congress of theoretical and applied mechanics. 2004, august 15-21, Warsaw, Poland. Abstracts and CD-ROM Proceedings, 275. (417 kb)
- ↑ Pavlovskaia, E.E. & Wiercigroch, M. (2003). 'Periodic solutions finder for vibro-impact oscillator with a drift'. Journal of Sound and Vibration, 267, pp. 893-911. (1166 kb)
- ↑ Pavlovskaia, E.E. & Wiercigroch, M. (2004). 'Analytical drift reconstruction in visco-elastic impact oscillators operating in periodic and chaotic regimes'. Chaos, Solitons & Fractals, 19 (1), pp. 151-161. (587 kb)
- ↑ Asonov I., Berinskiy I., Ing J., Krivtsov A., Le-Zakharov S., Pavlovskaia E., Wiercigroch M.. 'Brittle fracture of rocks under oblique impact loading'. Proceedings of XXXVIII International Summer School–Conference APM. 1-5 july 2010, pp.50-56. (298 kb)
- ↑ Ing J., Pavlovskaia E., Wiercigroch M., Asonov I., Berinskiy I. 'Particle Dynamics to Model Brittle Rocks'. Proceedings of XXXVIII International Summer School–Conference APM. 1-5 july 2010, pp.265-272. (12.72 Mb)
- ↑ Мини-отчет о работе проделанной в Абердине в июне 2011 (2.27 Mb)
- ↑ Asonov I., Berinskiy I., Ing J., Krivtsov A., Le-Zakharov S., Pavlovskaia E.. 'Particle Dynamics Modeling of Percussive Drilling'. Posters of XXXIX International Summer School–Conference APM. 1-5 july 2011 (18.32 Mb)
