Решение задач трещиностойкости
DARWIN® (Design Assessment of Reliability with INspection) - это программное обеспечение для решения задач механики разрушения и определения надёжности конструкций. DARWIN позволяет определить время, требуемое для развития усталостной трещины при циклическом нагружении, и вычисляет вероятность разрушения, учитывая случайные факторы, такие как распределение дефектов и разброс характеристик материала.
В течение почти двух десятилетий DARWIN применяется в газотурбинной промышленности для обеспечения безопасности компонентов двигателей. Southwest Research Institute (SwRI) продолжает разрабатывать и поддерживать DARWIN для анализа сложных геометрий при различных напряжениях и температурах:
- Определение ресурса детали с трещиной известных начальных размеров и расположения.
- Вычисление скорости роста трещины при действии сложных напряжений и распределения температуры.
- Оценка риска разрушения в произвольной точке объёма с учётом случайного распределения дефектов.
- Обнаружение наиболее опасных областей конструкции без необходимости экспериментальных исследований.
- Учёт влияния проверок с неразрушающим контролем на надёжность конструкции.
- Определение влияния производственных процессов на долговечность изделия и риск разрушения.
- Обеспечение соответствия циркулярам FAA (Advisory Circulars - Federal Aviation Administration) США.
DARWIN – это сложный программный комплекс, состоящий из нескольких компонент.
Графический пользовательский интерфейс
Пользователи могут создавать модели и отображать результаты с помощью мощного графического интерфейса (GUI). Графический пользовательский интерфейс содержит интуитивно понятные меню, которые позволяют настраивать параметры анализа, определять режимы работы модели, импортировать распределения дефектов, а также подробно описывать историю нагрузки. Графический интерфейс также позволяет пользователям импортировать и отображать двухмерные и трехмерные конечно-элементные (FE) модели. Результаты вычислений сохраняются заданный пользователем анализ в формате HDF5.
После завершения анализа DARWIN передаёт результаты в графический интерфейс для визуализации. DARWIN суммирует результаты в виде нескольких таблиц, диаграмм и графиков для описания локального и глобального отклика компонента. Сводные данные включают глобальный риск возникновения трещин, прирост отдельных трещин и градиенты напряжений. DARWIN также позволяет графически отобразить контуры вероятностей разрушения и долговечности прямо на конечно-элементной модели.
Вычислительный механизм (Решатель)
Анализ подготовленной пользователем модели выполняется при помощи вычислительного движка DARWIN. Решатель анализирует введённые пользователем данные, настраивает локальные модели определения риска и находит величины долговечности и вероятности разрушения. Кроме того, вычислительный движок используется для определения срока службы детали с трещиной известных начальных размеров и расположения. Для вероятностного анализа решатель определяет риск разрушения в каждой точке при помощи учёта случайно распределенных переменных: размер трещины, разброс напряжений, разброс свойств материала, вероятность обнаружения трещины при неразрушающем контроле, периодичность осмотров. Недавно разработанная в DARWIN возможность автозонирования сводит к минимуму вмешательство пользователя, необходимое для построения аналитических моделей. Решатель сохраняет результаты в формате HDF5, который может быть считан графическим интерфейсом.
Модуль Fligth Life роста трещин
Модуль Flight Life используется решателем для вычисления истории роста трещины в компоненте. Данный модуль использует методы линейно-упругой механики разрушения (ЛУМР) для определения скорости роста трещины в произвольных областях детали. Flight Life содержит большую библиотеку моделей трещин с коэффициентами интенсивности напряжений, определяемыми на основе распределения напряжений без трещин с использованием одномерных или двумерных весовых функций. Flight Life предлагает выбор из нескольких различных уравнений, связывающих коэффициент интенсивности напряжения с ростом усталостной трещины и зависимой от времени скоростью роста трещины. Пользователи могут дополнить модуль Flight Life собственными программными модулями с помощью доступного API-интерфейса.
Продвинутые вероятностные методы
DARWIN позволяет вычислять вероятность разрушения путем многократного уточнения долговечностей с использованием распределенных произвольных входных данных, таких как размер дефектов, разброс долговечности, распределение напряжений и другие параметры. DARWIN объединяет наборы значений долговечностей в величины риска, используя вероятностные методы, включая Монте-Карло, методы аппроксимации долговечности, выборку по важности и Гауссовы поверхности отклика. DARWIN предлагает дополнительные функции, которые позволяют задавать произвольные графики периодов оценки состояния детали методами неразрушающего контроля.
Моделирование процессов производства
Процесс производства (ковка, термическая или механическая обработка) может влиять на формирование локальной микроструктуры, свойства материала, остаточные напряжения и дефекты. DARWIN может работать в связке с программным обеспечением DEFORM™, разработанным корпорацией "Scientific Forming Technologies Corporation", поэтому расчеты параметров производства при помощи DEFORM могут быть использованы в качестве исходных данных для вычисления срока службы и вероятности разрушения в системе DARWIN.
Расширенные методы механики разрушения
Для решения задач, в которых простые модели трещин неадекватны, в DARWIN можно импортировать таблицы коэффициентов интенсивности напряжений для произвольных непараметрических форм трещин. DARWIN оснащен специальным интерфейсом с программным обеспечением FRANC3D, разработанным Fracture Analysis Consultants для моделирования роста трещин непараметрических форм с помощью высокоточного анализа методом конечных элементов.
|