
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

КОНСОЛИДИРОВАННЫЙ КОМПЬЮТЕРНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Работа №	101928
Тип работы	Диссертации (РГБ)
Предмет	машиностроение
Объем работы	332
Год сдачи	2015
Стоимость	4385 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	114

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 5
1 Концепция консолидированного компьютерного моделирования материалов, технологий и изделий в контексте цифрового машиностроения 22
1.1 Методы и инструменты цифрового машиностроения для компьютерного моделирования технологий и конструкций ... 22
1.2 Методы и инструменты вычислительного материаловедения
для компьютерного моделирования структуры и свойств металлических материалов 33
1.3 Проблемы и актуальные задачи интеграции результатов вы¬
числительного материаловедения в цифровое машиностроение и обоснование методологии информационного материаловедения 37
1.4 Основные тенденции в развитии компьютерных методов исследования структуры и свойств металлических материалов и возможности метода конечных элементов 51
1.5 Выводы по главе 1 63
2 Компьютерное моделирование процессов кристаллизации в рамках
концепции консолидированного анализа 65
2.1 Разработка расчетно-экспериментального метода восстановления теплофизических свойств материалов для вычислений нестационарного температурного поля при компьютерном анализе технологических процессов 65
2.2 Компьютерное прогнозирование усадочных дефектов .... 79
2.3 Компьютерное моделирование градиентной зеренной структуры 85
2.4 Выводы по главе 2 91
3 Напряженно-деформированное состояние сплавов в эффективном интервале кристаллизации и компьютерное прогнозирование технологических трещин 93
3.1 Компьютерный анализ напряжений и деформаций
в температурном интервале кристаллизации 93
3.2 Компьютерное прогнозирование кристаллизационных трещин 101
3.3 Технологические остаточные напряжения и деформации . . 113
3.4 Выводы по главе 3 132
4 Физико-механические и функциональные свойства сплавов с неоднородной структурой при воздействии эксплуатационных нагрузок 135
4.1 Представление физико-механических свойств литейных сплавов с неоднородной структурой в конструкционном анализе 135
4.2 Влияние концентрационной неоднородности на эффективные теплофизические свойства литейных железо-никелевых инваров и суперинваров Ре-№-Со 144
4.3 Напряжения и деформации в градиентной поликристаллической структуре при силовом нагружении 170
4.4 Образование и развитие трещин в градиентной поликристаллической структуре 176
4.5 Выводы по главе 4 179
5 Консолидированный компьютерный анализ прочности литых деталей и технологий их изготовления с учетом неоднородной структуры металлического материала 181
5.1 Алгоритм консолидированного анализа литейного сплава,
технологии литья и эксплуатации литой детали 181
5.2 Компьютерный анализ процессов изготовления и эксплуатации литой изложницы для разливки черновой меди 194
5.3 Компьютерный анализ процессов изготовления и эксплуатации литых осесимметричных деталей из железо-никелевых литейных сплавов 207
5.4 Компьютерный анализ процессов изготовления и эксплуатации литых деталей из алюминиевых сплавов 228
5.5 Компьютерный анализ изготовления и эксплуатации литых
деталей тележки грузового вагона 235
5.6 Выводы по главе 5 249
6 Физико-механические и функциональные свойства упорядоченных сплавов с аксиальной текстурой и их интеграция в компьютерный анализ 251
6.1 Компьютерный анализ технологических процессов изготовления проволоки 251
6.2 Влияние волочения на микроструктуру и текстуру сплавов
со сверхструктурой L10 265
6.3 Силовое нагружение проволоки и механические свойства
сплавов со сверхструктурой Lio 275
6.4 Влияние легирования на функциональные свойства текстурованных сплавов Pt50(Ni+Cu)50 со сверхструктурой Lio . . 286
6.5 Выводы по главе 6 296
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 298
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 304
ПРИЛОЖЕНИЕ. Акты внедрения и свидетельства 327

Введение

Задание на разработку новых материалов, наделенных уникальным комплексом функциональных и конструкционных характеристик, диктуется потребностями современного машиностроения, активно развивающегося в направлении роботизированных и биосовместимых систем. Неотъемлемой частью изделия как мехатронной системы становятся управляющие модули и точные приборы. В связи с этим, постоянно расширяется номенклатура материалов с комплексом механических и эксплуатационных свойств, применяемых в машиностроении, а также повышается уровень предъявляемых к ним требований.
Отличительной особенностью создаваемых в настоящее время машин является компьютеризация всех этапов проектирования, производства и эксплуатации в контексте жизненного цикла изделий. Стремление информационных систем охватить и основные, и смежные аспекты машиностроения актуализирует необходимость создавать компьютерные методы разработки новых материалов и интегрировать их в общие потоки данных. Отсутствие верифицированных моделей поведения применяемых металлических материалов и перспективных композиционных материалов в технологических процессах и нагруженных конструкциях ограничивает точность компьютерного моделирования в машиностроении.
Актуальность темы исследования. Обеспечение прочности и надежности сложных технических изделий является актуальной проблемой современного машиностроения, вклад в которую вносит комплекс факторов, связанных с конструкционными материалами, геометрическими параметрами конструкций и технологиями изготовления. Преобладающие позиции в постоянно расширяющейся номенклатуре конструкционных материалов занимают металлические сплавы, которые несут основную силовую нагрузку при эксплуатации деталей машин. Традиционно разработка и совершенствование сплавов базируется на теоретическом или экспериментальном исследовании тестовых образцов, геометрия которых проста и не отражает полностью трехмерные условия нагружения деталей и эволюцию реальных макроразрушений. В опубликованных сведениях о повышении эксплуатационных свойств сплавов учтены преимущественно факторы легирования и технологической обработки. Отсутствие методов однозначной трансляции имеющихся сведений на поведение сплавов в нагруженных конструкциях с неординарной пространственной геометрией восполняется в конструкторской практике плохо обоснованными или завышенными коэффициентами запаса по прочности.
Необходимость изменений в традиционных подходах к выбору и анализу конструкционных и функциональных материалов обусловлена стремительным ростом информационной инфраструктуры машиностроения на базе интегрированных сред проектирования и подготовки производства CAD /CAE /CAM /PDM /PLM. Развитие многофункциональных компьютерных систем, согласованно выполняющих объемное конструирование изделия (Computer-Aided Design, CAD), расчетное обоснование его надежности и работоспособности (Computer-Aided Engineering, CAE), подготовку производственно-технологических процессов изготовления (Computer- Aided Manufacturing, CAM) и управление инженерным проектом (Product Data Management, PDM), предопределяет появление новых возможностей для изготовления высокотехнологичных изделий в сжатые сроки и с минимальными затратами.
Уникальными инструментами для компьютерного исследования цифровых моделей в интегрированной среде проектирования CAD/CAE становятся программы компьютерного инженерного анализа CAE, которые позволяют формулировать новые подходы к выбору и созданию материалов, совершенствованию технологий и расчетному обоснованию конструкторских проектов, ориентированные на обеспечение повышенной эксплуатационной прочности. Эффективное использование современных дорогостоящих компьютерных инструментов САЕ лимитируется отсутствием необходимых междисциплинарных концепций и верифицированных моделей поведения материалов при воздействии технологических и эксплуатационных нагрузок.
Конструкционная прочность деталей машин определяется, в первую очередь, предельными характеристиками материала, которые зависят от его структуры. Существенной особенностью структуры металлических материалов является неоднородность на всех размерных уровнях от макро- до наноскопических. В контексте рассматриваемой проблемы консолидированного анализа материалов, конструкций и технологий представляет интерес неоднородная структура, формирующаяся при кристаллизации сплава в зависимости от направления теплоотвода. Важными элементами такой структуры, обусловливающими прочность поликристалла, являются кристаллиты и их границы с учетом ликвации компонентов сплава, а также микропоры. Вместе с тем, в сложившейся практике проектирования расчет конструкционной прочности ведется с позиций механики сплошных сред без учета технологической дефектности металлического материала и неравномерного распределения свойств в макрообъеме.
Приведенный краткий обзор текущего состояния и современной проблематики машиностроения показывает актуальность темы исследования, обусловленную не только практическими потребностями производства, но и необходимостью развития научных основ для управления свойствами и структурой металлических материалов, а также экономически эффективными технологиями изготовления деталей с повышенной прочностью и надежностью на стадии проектирования в интегрированных программных средах CAD /CAE /CAM /PDM /PLM.
Актуальность темы и области исследований подтверждается научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами, которые были выполнены под руководством и с участием диссертанта для промышленных предприятий Уральского региона и подтверждены актами внедрения. Так, на период 2014-2015 гг. между УрФУ и машиностроительным предприятием заключен договор № Н979.210.008/14 на выполнение научно-исследовательской работы по теме “Разработка методики определения эффективных теплофизических коэффициентов формовочных материалов, используемых на ОАО Научно-производственная корпорация «Уралвагонзавод», для повышения достоверности расчетов в системе компьютерного моделирования литейных процессов LVMFlow”. Работа выполняется под руководством диссертанта и направлена на создание и совершенствование баз данных материалов для консолидированного компьютерного анализа технологических процессов и режимов эксплуатации литых деталей в транспортном машиностроении.
Степень разработанности проблемы. Значительный вклад в классические методы исследования структурно-фазовых превращений и их влияния на физико-механические свойства металлических сплавов внесли известные уральские ученые: И.Н. Богачев, В.Л. Колмогоров, А.А. Попов, В.Д. Садовский, В.М. Счастливцев. Ведущие ученые Уральского политехнического института (в настоящее время Уральский федеральный университет) И.Н. Богачев, А.А Вайнштейн и С.Д. Волков дали начало междисциплинарному направлению, объединив экспериментальное металловедение, теорию прочности и статистические методы для количественной оценки структурной неоднородности сплавов.
Вместе с тем, вопрос о том, способна ли неоднородность физико-механических характеристик технологического происхождения повлиять на конструкционную прочность деталей и изделий, остается открытым и вызывает ожесточенные споры между технологами и конструкторами при выяснении причин поломок и аварийных ситуаций. Решению вопроса о влиянии неоднородного распределения структурных характеристик могут способствовать современные средства проектирования, которые включают быстро прогрессирующие инструменты CAE и позволяют проводить компьютерное исследование различных аспектов проектируемых изделий.
Недостаточная разработанность различных аспектов данной проблемы, теоретическая и практическая значимость ее решения определили выбор темы диссертационного исследования, его цель и задачи.
Цель работы и задачи исследования. Целью данной работы является разработка концепции, методов и моделей для консолидированного компьютерного анализа материалов, технологий и изделий в программной среде цифрового машиностроения с учетом влияния технологически обусловленной структурной неоднородности на эффективные физико-механические и функциональные свойства металлических материалов при воздействии технологических и эксплуатационных нагрузок.
В развитии концепции и методов консолидированного компьютерного анализа и их практической реализации акцент сделан на технологиях литья, поскольку изготовление слитков и литых заготовок предшествует выполнению остальных технологических процессов машиностроения.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач, имеющих методическую, теоретическую и практическую значимость.
1. Разработать концепцию (содержание и структуру информационных потоков) и методы консолидированного компьютерного анализа материалов, технологий и конструкции деталей применительно к конкретным условиям изготовления и эксплуатации изделий с использованием авторских программ и коммерческих проектных средств цифрового машиностроения от российских и зарубежных разработчиков.
2. Разработать методы информационного материаловедения для восстановления теплофизических свойств материалов в электронных базах данных и модели, обеспечивающие уточненный компьютерный анализ технологических процессов и количественное прогнозирование технологически обусловленной структурной неоднородности металлических материалов с учетом образования усадочной пористости в эффективном интервале кристаллизации.
3. Провести компьютерный анализ высокотемпературных процессов формирования неоднородного распределения состава, структуры и техно-логических дефектов в металлических материалах, а также их напряженно- деформированного состояния в эффективном интервале кристаллизации с использованием созданных моделей и разработанных методов.
4. Исследовать компьютерными и экспериментальными методами влияние технологически обусловленной структурной неоднородности на эффективные механические и функциональные свойства металлических материалов для уточнения моделей поведения в компьютерном анализе технологических процессов и нагруженных состояний.
5. Выполнить комплексное исследование структуры и свойств макро- изотропных железо-никелевых сплавов с кристаллической решеткой ГЦК после технологических процессов литья и термической обработки.
6. Выполнить комплексное исследование структуры, текстуры и свойств анизотропных платина-никелевых сплавов с трансформацией кристаллической решетки ГЦК ^ ГЦТ после технологических процессов волочения и термической обработки.
7. Использовать результаты исследований и методических разработок для создания верифицированных консолидированных моделей применительно к конкретным условиям изготовления и эксплуатации изделий в интересах промышленных предприятий Уральского региона.
Объекты, методология и методы исследования. Выбор объектов исследования определяется спецификой промышленных предприятий Уральского региона, включая металлургические, транспортные и приборостроительные заводы. В качестве преимущественных объектов компьютерного исследования выбраны никель-содержащие сплавы с особыми механическими и функциональными свойствами, но обладающие однофазной зеренной структурой, сформированной технологиями литья, волочения и термической обработки. Методы консолидированного анализа материалов, технологий и конструкций разработаны также для распространенных в транспортном машиностроении литейных сталей и сплавов.
Подробно исследованы компьютерными и экспериментальными методами никель-содержащие сплавы с решеткой ГЦК, в которых необходимо обеспечить уникальный комплекс функциональных и механических свойств. Исследованные сплавы нашли применение в точном приборо- и машиностроении. Литейные макроизотропные инварные сплавы на основе Fe-Ni обеспечивают термическую стабильность соединений металлической несущей конструкции с керамическими деталями или оптической системой. Детали из железо-никелевых сплавов изготовлены методом литья в песчано-глинистую форму или центробежного литья. Резистивные текстурованные сплавы на основе Pt-Ni обеспечивают заданную величину электросопротивления при высокой термической стабильности линейных размеров и износостойкости. Из платина-никелевых сплавов волочением изготавливают проволоку.
Компьютерному исследованию подвергнуты углеродистые стали, широко применяемые в транспортном машиностроении для изготовления динамически нагруженных литых деталей. Исследования выполняются по заданию УВЗ и обусловлены необходимостью интегрировать методы вычислительного материаловедения в цифровое машиностроение и подготовить модели поведения конструкционных материалов к консолидированному проектированию технологий и конструкций. Проведен консолидированный компьютерный анализ алюминиевых сплавов и технологий литья под давлением легких транспортных деталей, к которым предъявляется повышенное требование равнопрочности.
Научная новизна работы определяется следующей совокупностью впервые полученных результатов исследований.
1. Предложена концепция информационных потоков, консолидирующих выбор, совершенствование и разработку сплавов, обладающих комплексом функциональных и физико-механических свойств, с компьютерным конструкционным и технологическим анализом при проектировании изделий машиностроения с учетом структурной неоднородности металлических материалов. Введены и обоснованы в рамках предложенной концепции новые понятия «информационное материаловедение» и «цифровое машиностроение». На базе концепции разработаны методы информационного материаловедения и созданы модели для компьютерного моделирования процессов эксплуатации и получения никель-содержащих сплавов с применением технологий литья, волочения и термической обработки.
2. Разработаны в составе информационного материаловедения расчетно-экспериментальные методы уточнения эффективных свойств материалов для компьютерного моделирования технологических процессов литья и волочения в рамках концепции консолидированного анализа процессов получения и эксплуатации металлических материалов в машиностроении.
3. Построены модели для консолидированного компьютерного анализа с использованием средств цифрового машиностроения, которые позволяют давать количественную оценку напряженно-деформированному состоянию литейных сплавов в высокотемпературной области и далее под воздействием эксплуатационной силовой нагрузки с учетом технологической микропористости, а также проводить компьютерное исследование явлений, связанных с формированием неоднородной структуры в эффективном интервале кристаллизации и определяющих, как технологические, так и эксплуатационные напряжения и разрушения.
4. Компьютерными и экспериментальными методами изучены свойства и неоднородная структура литейных инваров Fe-Ni и суперинваров Fe-Ni¬Co. Дана количественная оценка влияния ликвации легирующих элементов на температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР).
5. Компьютерными и экспериментальными методами изучены структура, текстура и комплекс свойств упорядоченных по типу L10 сплавов на однотипных проволочных образцах, что позволяет корректно сопоставлять механические и функциональные свойства со структурой и создавать модели поведения металлических материалов для консолидированного компьютерного анализа процессов их получения и эксплуатации. Установлены закономерности изменения текстуры деформации в процессе рекристаллизации и упорядочивающего отжига сплавов, образующих сверхструктуру L10. Показано, что наследование текстуры деформации упорядоченным сплавом является одним из важнейших факторов, обусловливающих повышенные механические свойства резистивных сплавов Pt-Ni и Pt-Ni-Cu.
Практическая ценность работы обусловлены созданными моделями и консолидированными методами компьютерного анализа, которые нашли применение в усовершенствованных и внедренных в производство литейных технологиях и конструкциях литых деталей. Компьютерный инжиниринг, выполненный лично диссертантом по заданию некоторых промышленных предприятий с использованием авторских разработок, представлен скриншотами в таблице 1. Компьютерному анализу были подвергнуты детали и технологии литья, сварки, обработки давлением, механообработки.
Исследованный сплав П50N140Сию марки ПлНМ-18-5 был внедрен на предприятии ОЦМ (г. Екатеринбург) в качестве материала для изготовления однородных контактных пар, который по износостойкости превосходит применяемый сплав ПлМ-8,5. Для сплава с оптимальным микролегированием обоснованы технологические этапы изготовления проволоки.
Созданные модели и методы консолидированного компьютерного анализа материалов, технологий и конструкций используются в учебном процессе УрФУ при подготовке магистров и бакалавров по курсам дисциплин «Новые конструкционные материалы», «Компьютерный инженерный анализ», для иностранных студентов по дисциплине «САП/САЕ/САМ/РЕМ», а также в курсах повышения квалификации профессорско-преподавательского состава университета и специалистов промышленности по программе «Современные средства проектирования и разработки высокотехнологичных изделий».
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся концепция, методы, модели и результаты консолидированного компьютерного анализа процессов получения и эксплуатации металлических материалов, а также результаты исследования разработанных никель-содержащих сплавов с комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств.
1. Концепция (новый подход к расчетному обоснованию конструкционной прочности металлических материалов в рамках информационной структуры современного машиностроительного проектирования) консолидированного компьютерного исследования структуры и свойств материалов с привлечением средств компьютерного инженерного анализа, а также эксплуатационной прочности конкретных деталей и технологий их
Таблица 1 - Некоторые инжиниринговые работы, выполненные по заданию предприятий лично диссертантом, начиная с 1995 г. изготовления с учетом неоднородно распределенных в макрообъеме структурных параметров.
2. Методы информационного материаловедения (реализованные в программных средствах модели и способы трансляции данных) для создания комплекса уточненных свойств в базах данных цифрового машиностроения, обеспечивающих повышенную точность консолидированного компьютерного анализа процессов получения и эксплуатации металлических материалов.
3. Модели и алгоритмы компьютерного анализа процессов формирования неоднородного распределения состава, структуры, технологической дефектности и напряженно-деформированных состояний металлических материалов при охлаждении от температуры ликвидус с использованием технологических и конструкторских программ CAE, а также полученные с их помощью количественные оценки и закономерности изменения свойств при охлаждении в температурном интервале вблизи солидуса.
4. Результаты экспериментального и компьютерного исследования структуры и свойств литейных железо-никелевых инваров и суперинваров на основе Fe-Ni-Co; установленный факт влияния внутрикристаллитной ликвации никеля на ТКЛР этих сплавов.
5. Результаты экспериментального исследования свойств, зеренной структуры и текстуры сплавов Pt5o(Ni+Cu)50; установленный факт наследования при упорядочении острой аксиальной текстуры деформации и сохранения исходной волокнистой зеренной структуры при отжиге ниже температуры перехода ГЦК о ГЦТ; а также определяющего влияния кристаллографической и механической текстуры на высокие прочностные и пластические характеристики проволоки упорядоченных по типу Lio сплавов.
6. Консолидированные модели САЕ для компьютерного анализа литых деталей и программные средства трансляции данных о технологически обусловленных эффективных характеристиках материалов.
Высокая степень достоверности результатов работы обеспечивается тщательным анализом имеющихся литературных источников, а также использованием комплекса современных методов исследования свойств и структуры металлических материалов, включая сертифицированные на международном уровне компьютерные программы; подтверждается соответствием компьютерных прогнозов, базирующихся на разработанных моделях, наблюдаемым экспериментальным фактам и результатам производственных испытаний.
Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом многолетней исследовательской и инновационной работы автора (с 1982 г.) на металлургическом и механико-машиностроительном факультетах УПИ - Уральского политехнического института и далее в Механико- машиностроительном институте УрФУ (по настоящее время). Диссертанту принадлежит основная роль в постановке цели и задач исследования, в выборе путей и методов их решения. Все этапы экспериментальной работы проведены при непосредственном участии диссертанта. Диссертантом лично разработаны программные модули, проведен консолидированный компьютерный анализ изделий и технологий их изготовления с использованием авторских и коммерческих программ, интерпретированы результаты, написаны научные статьи.
Теоретическая и практическая значимость работы обусловлены следующими итогами диссертационных исследований. Теоретическая значимость: организовано новое научное направление - консолидированный компьютерный анализ в интегрированной среде САП/САЕ/САМ. Практическая значимость: сформулированные принципы и методы компьютерного инженерного анализа в течение 20 лет внедрены на заводах РФ вместе с поставками программного обеспечения в рамках консалтинга и технической поддержки.
Апробация работы. Результаты работы, обсуждались на 23 международных и 23 российских конференциях.
Результаты исследований были представлены на международных конференциях и симпозиумах: «Материаловедение. Машиностроение. Энергетика» (Екатеринбург, 2015), «Параллельные вычислительные технологии»
- ПАВТ (Екатеринбург, 2015; Челябинск, 2013; Санкт-Петербург, 2008), «Инженерные системы» (Москва, 2014); European Congress on Advanced Materials and Processes - EUROMAT (Spain, 2013; France, 2011), Russian- Korea Workshop on Advanced Computer and Information Technologies (Екатеринбург, 2012, 2011), International Conference on F-elements ICF (Italy, 2012), International Workshop on Advanced Spectroscopy and Optical Materials
- IWASOM (Poland, 2011), Europhysical Conference on Defects in Insulating Materials - EURODIM (Hungary, 2010), «Международная конференция по радиационной физике, новым материалам и информационным технологиям» - SCORPH (Киргизия, 2010), «Радиационно-термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, 2010), «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (Москва, 2010), Mathematical Modeling and Computer Simulation of Material Technologies (Israel, 2008), «Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании» (Екатеринбург, 2008), «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании» (Тюмень, 2006), «Надежность и качество» (Пенза, 2003), «Современные проблемы атомной науки и техники» (Снежинск, 2003), «Разрушение и мониторинг свойств металлов» (Екатеринбург, 2003, 2001), European Crystallographic Meeting (Москва, 1989).
Результаты работы были доложены на российских конференциях: и семинарах: «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций» (Екатеринбург, 2014), «Инженерная мысль машиностроения будущего» (Екатеринбург, 2013), «Съезд литейщиков России» (Екатеринбург, 2013), «Новые материалы и технологии» (Москва, 2012, 2010, 2008), «Механика микронеоднородных материалов и разрушение» (Екатеринбург, 2012, 2010, 2008, 2006), «Ресурс и диагностика материалов и конструкций» (Екатеринбург, 2011, 2009), «Физические методы неразрушающего контроля» (Екатеринбург, 2011,2009), Люльевские чтения (Екатеринбург, 2010), «Компьютерный инженерный анализ» (Екатеринбург, 2007,2005), «Методы компьютерного проектирования и расчета нефтяного и газового оборудования» (Тюмень, 2006), «Проблемы эффективной подготовки специалистов и использования результатов научных исследований высшей школы России для предприятий военно-промышленного комплекса» (Ижевск, 2003), «Совершенствование литейных процессов» (Екатеринбург, 1996), «Фундаментальные и прикладные аспекты исследований структуры и свойств стареющих сплавов» (Екатеринбург, 1992), «Черняевское совещание по химии, анализу и технологии платиновых металлов» (Екатеринбург, 1986), «Упорядочение атомов и его влияние на свойства сплавов» (Екатеринбург, 1983).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения; изложена на 332 страницах, включает 87 рисунков, 10 таблиц и список литературы из 370 наименований, в том числе - 126 публикаций диссертанта.
Во введении сформулированы актуальность темы исследования, степень разработанности проблемы, цель и задачи диссертационной работы, методология, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту. Приводятся сведения об апробации работы, ее теоретической и практической значимости, достоверности полученных результатов, личном вкладе автора. Перечислены работы по компьютерному анализу технологий и изделий, выполненные лично диссертантом по заданию машиностроительных и металлургических предприятий. Кратко описана структура диссертации.
В первой главе выполнен аналитический обзор программного обеспечения и литературных источников по теме диссертации. Обоснована концепция консолидированного компьютерного анализа процессов получения и эксплуатации металлических материалов в интегрированной среде проектирования и подготовки производства СЛО/САЕ/САМ/РЕМ. Внимание акцентируется на актуальных проблемах САЕ, обусловленных недостатками баз данных о свойствах материалов. Рассмотрена структура информационных потоков, сопровождающих цифровые модели при проектировании изделий машиностроения. Освещено текущее состояние проблематики современного материаловедения и возможностей компьютерного анализа структуры металлических материалов последовательно в технологических процессах и далее при воздействии эксплуатационных нагрузок.
Во второй главе представлены результаты компьютерного исследования закономерностей формирования технологических дефектов и структурно-концентрационной неоднородности в металлических материалах при охлаждении от температуры ликвидус. Получены количественные характеристики напряженно-деформированного состояния сплавов вблизи солидуса. Показано влияние ликвации легирующих элементов и редкоземельных металлов на технологические процессы кристаллизации, а также - на структуру и теплофизические свойства инварных сплавов Ре-№-Со.
В третьей главе представлены результаты компьютерного анализа напряженно-деформированных состояний металлических материалов в эффективном интервале кристаллизации с учетом формирующейся неоднородной структуры и дефектности; рассмотрены закономерности формирования технологических микротрещин при кристаллизации, а также структурной перестройки металлического сплава, состоящего преимущественно из твердого каркаса; вычислены напряжения в кристаллизующемся металле вблизи солидуса; рассмотрены технологические остаточные напряжения и деформации в литейных сплавах и сталях.
В четвёртой главе проанализировано влияние неоднородной структуры на напряженно-деформированное состояние металлов в технологических процессах литья; экспериментальными и компьютерными методами исследованы механические свойства, тепловые и остаточные напряжения, коробление; показано влияние ликвации на теплофизические свойства.
В пятой главе рассмотрены методы и модели консолидированного компьютерного анализа литых деталей и технологий их изготовления с учетом неоднородного распределения структурных характеристик и свойств; показаны внедренные в производство результаты оптимизации технологии и конструкции литой изложницы для разливки черновой меди, литого шпангоута из железо-никелевого инвара, крупногабаритных тонкостенных литых деталей тележки грузового вагона, литых деталей транспортного назначения.
В шестой главе рассмотрены текстура, структура и свойства сплавов, подвергнутых упорядочению и рекристаллизации после пластической деформации волочением; представлены экспериментальные данные о сплавах Pt50(Ni+Cu)50 со сверхструктурой L10; обоснован выбор легирования и режимов термической обработки для получения необходимого комплекса резистивных и прочностных свойств на основании предложенной модели упорядочения деформированных сплавов; сформулированы модели поведения материалов; представлены результаты компьютерного анализа процессов изготовления и эксплуатации проволоки с использованием сформулированных моделей поведения материалов.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

Итоги выполненного исследования заключаются в следующем. По результатам экспериментальных, компьютерных, теоретических и прикладных исследований, проведенных в данной работе, сформулирована концепция консолидированного компьютерного анализа процессов получения и эксплуатации металлических материалов в цифровом машиностроении. Получен комплекс новых данных, принципиально важных для решения проблемы повышения точности в оценке конструкционной прочности и эффективности проектирования деталей машин и приборов в интегрированных программных средах CAD/CAE/CAM/PLM с учетом технологий их изготовления, влияющих на структуру и свойства материалов.
Представленные результаты исследований внедрены в производственную практику в рамках НИОКР и технической поддержки поставляемого программного обеспечения CAD/CAE/CAM/PLM в составе комплексной автоматизации проектирования на машиностроительных предприятиях. Созданы и верифицированы компьютерные модели в программных средах CAE от российских и зарубежных разработчиков с использованием авторских программных модулей, позволяющие давать количественную оценку дефектности и прочности металлических материалов при решении прикладных задач в интересах промышленных предприятий Уральского региона. Созданные и внедренные компьютерные модели способствуют эффективному использованию дорогостоящего программного обеспечения CAE, являются наукоемким продуктом, формирование которого зачастую не может быть выполнено силами заводских инженеров.
Совокупность полученных в диссертационной работе результатов, обобщений и компьютерных моделей позволяет говорить о решении актуальной проблемы повышения точности компьютерного инженерного анализа и инициировании перспективного научного направления на стыке информационного и вычислительного материаловедения. Прежде всего, выполненные исследования вносят существенный вклад в количественное представление причинно-следственной связи высокотемпературных технологических процессов с формированием неоднородного распределения структурных элементов и технологических дефектов в макрообъеме проектируемой детали, определяющих эффективные механические и функциональные свойства металлических материалов.
Основные результаты проведенной работы заключаются в следующем.
1. Обоснована концепция (содержание и структура информационных потоков в компьютерном инженерном анализе CAE), на базе которой разработаны методы, модели и программные средства консолидированного компьютерного анализа для совершенствования материалов, технологий и конструкции деталей на этапе проектирования машиностроительных изделий.
Концепция содержит новый подход к обработке информации о материалах в расчетном обосновании проектируемых изделий с использованием интегрированных программных сред CAD/CAE/CAM, который заключается в передаче информации о технологически обусловленном неоднородном распределении структурных параметров, влияющих на комплекс механических и функциональных свойств, из компьютерного анализа CAE технологических процессов в компьютерный анализ CAE режимов эксплуатации изделий.
Введено понятие цифрового машиностроения для обозначения быстро прогрессирующей расширенной информационной структуры, объединяющей цифровое производство и системы автоматизированного проектирования CAD/CAE/CAM, включая компьютерный инженерный анализ CAE и предпроизводственную подготовку. В информационной инфраструктуре цифрового машиностроения выделены электронные базы данных материалов, к которым предъявляется требование обеспечить симуляцию технологий и режимов эксплуатации проектируемых изделий достоверной информацией о свойствах и моделях поведения материалов.
Введено понятие информационного материаловедения для обозначения новой области современного материаловедения в соответствии с предложенной классификацией по признаку используемой методологии. Информационное материаловедение призвано решать возникающие в цифровом машиностроении задачи организации электронных баз данных конструкционных и функциональных материалов, а также создания методов выбора материалов с заданным комплексом свойств, обработки и цифрового представления структуры материалов, представления свойств и закономерностей поведения материалов в моделях симуляции технологических процессов и режимов эксплуатации изделий.
2. Разработанные в рамках концепции консолидированного компьютерного анализа методы (реализованные в программных модулях алгоритмы) информационного материаловедения, позволяющие уточнять тепло-физические и прочностные свойства материалов в компьютерном анализе технологий и конструкций, а также усовершенствованные с их использованием никель-содержащие сплавы Pt-Ni-Cu (ПлНМ-18-5) и Fe-Ni-Co (32НКБЛ), конструкции литых деталей и технологические процессы их изготовления внедрены в производство, в том числе - на предприятиях оборонно-промышленного комплекса.
3. Инициировано новое направление прикладных исследований на стыке информационного и вычислительного материаловедения для развития методологии компьютерного моделирования с повышенной точностью расчетных прогнозов: консолидированный компьютерный анализ надежности и работоспособности проектируемых изделий в интегрированной среде CAD/CAE с учетом аспектов технологически обусловленной структурной неоднородности конструкционных и функциональных материалов. Инициированное научное направление ставит ряд новых, актуальных задач, связанных с преодолением существующих информационных барьеров между материаловедом, технологом и конструктором.
4. В рамках концепции консолидированного анализа для уточненной количественной оценки напряженно-деформированных состояний литых деталей разработаны методы и модели на базе конструкторских и технологических программ CAE, связывающие формирование неоднородной структуры металлического материала в эффективном интервале кристаллизации с критическим снижением термостабильных и прочностных характеристик. Разработан расчетно-экспериментальный метод восстановления теплофизических свойств материалов в неограниченном температурном интервале с использованием алгоритма многомерной оптимизации, позволяющий дополнять электронные базы данных для уточненного компьютерного моделирования литейных технологий. Для трансляции в модели компьютерного анализа литых деталей разработан расчетный метод построения зависимости локального снижения прочности литейного сплава от технологической усадки с учетом микроструктуры.
5. С применением разработанных компьютерных методов и экспериментально исследованы сплавы на основе Fe-Ni-Co. Установлено, что технологически обусловленное неоднородное распределение никеля влияет на эффективные теплофизические свойства литейных инваров и суперинваров. Построена модель влияния внутрикристаллитной ликвации на ТКЛР, которая реализована в компьютерной программе и позволяет оптимизировать химический состав инварных сплавов в соответствии с заданным служебным значением ТКЛР.
6. В рамках предложенной концепции консолидированного компьютерного анализа металлических материалов, процессов их получения и эксплуатации проведены натурные и компьютерные эксперименты с проволокой из упорядочивающихся по типу L10 сплавов Pt.50Ni2s .xCu25-x(ат. %); определены кинетические и энергетические параметры фазового перехода ГЦК-ГЦТ в зависимости от температуры отжига и химического состава; получены, аппроксимированы и использованы в компьютерном анализе напряженно-деформированных состояний кривые деформации; обоснованы технологические процессы, обеспечивающие получение комплекса резистивных и прочностных свойств. Показано, что сохранение текстуры деформации и волокнистой зеренной структуры в проволоке при отжиге ниже Т^ является, наряду с процессами упорядочения и возврата, ответственным за сочетание высоких прочностных и пластических свойств.
7. Результаты исследований и методических разработок использованы при выполнении проектных и опытно-конструкторских работ. Созданы консолидированные модели САЕ трех типов (модель на единой расчетной сетке, модель составной геометрии, модель с трансляцией данных между разнородными расчетными сетками) для компьютерного анализа технологий и деталей из сплавов с различным химическим и фазовым составом.
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы заключаются в следующем. Полученные результаты являются научной основой для дальнейшей разработки прикладных аспектов формирования баз данных материалов в программных комплексах компьютерного инженерного анализа и целенаправленного конструирования новых материалов с использованием методологии консолидированного анализа проектируемых изделий и технологий в контексте цифрового машиностроения.

Литература

1. Ogorodnikova O. M. Possibilities of Siemens PLM software for robotics research and production management // Advanced computer and information technologies: Proceedings of Russian-Korea scientific workshop (Ekaterinburg, 16-18 May 2012). Ekaterinburg: UrFU, 2012. P. 122-128.
2. Огородникова О. М., Ваганов К. А., Мушников Н. С., Юшков И. В. Адаптация стандартов ЕСКД последней редакции для проектирования промышленных роботов в интегрированной программной среде // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2015. №2. С. 49-55.
3. Огородникова О. М. О проблемах интеграции вычислительного материаловедения в цифровое машиностроение // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2014. № 2. С. 30-34.
4. Огородникова О. М. Методы и инструменты цифрового машиностроения для компьютерного моделирования технологий и конструкций // Научное обозрение. 2015. № 10. С. 209-212.
5. Огородникова О. М., Жуков Ю. Н. Вычислительное моделирование слоистых материалов // Физика. Научный журнал (Киргизия, Бишкек). 2010. № 1. С. 70-71.
6. Огородникова О. М., Панин О. А. Компьютерное исследование компонентов микросистемной техники // Нано- и микросистемная техника. 2009. № 5. С. 12-15.
7. Огородникова О. М. Компьютерный инженерный анализ / Екатеринбург: УГТУ- УПИ, 2009. 205 с.
8. Огородникова О. М. Формирование компетенций в области компьютерного инжиниринга // Повышение качества образования: материалы XXI Всероссийской научно-методической конференции (Москва-Санкт-Петербург, 23-29 мая 2011 г.). Уфа: РИКУГАТУ, 2011. С. 132-135.
9. Огородникова О. М. Новые методы организации учебно-исследовательской работы студентов с использованием авторского сайта преподавателя // Проблемы качества образования: материалы XXII Всероссийской научно-методической конференции (Москва, 21-28 мая 2012 г.). Уфа: РИК УГАТУ, 2012. С. 27-31.
10. Огородникова О. М., Огородников А. И. Эффективные методы дистанционного обучения компьютерному инжинирингу // Проблемы качества образования: материалы XXIII Всероссийской научно-методической конференции (Москва, 20-27 мая 2013 г.). Уфа: РИК УГАТУ, 2013. С. 286-288.
11. Тихонов И. Н., Огородникова О. М. Проблемы подготовки для ВПК специалистов машиностроительного профиля, владеющих компьютерными системами инженерного анализа // Проблемы эффективной подготовки специалистов и использования результатов научных исследований высшей школы России для предприятий военно-промышленного комплекса: материалы Всероссийской научно-технической конференции (Ижевск, 29-30 мая 2003 г.). Ижевск: Изд-во ИжГУ, 2003. Ч. 1. С. 51-53.
12. Огородникова О. М. Исследовательская функция программ САЕ в сквозных технологиях CAD/CAE/CAM // Вестник машиностроения. 2012. № 1. С. 25-31.
13. Огородникова О. М. Авторский сайт по компьютерному инженерному анализу [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://cae.ustu.ru/ Екатеринбург: УрФУ, 2004¬2011 свободный.
14. Журавлев Э. Ю., Огородникова О. М. Расчет собственной частоты колебаний камертона и верификация модального анализа в программном комплексе ANSYS // Методы компьютерного проектирования и расчета нефтяного и газового оборудования: сборник материалов III Российской межвузовской научной конференции с международным участием (Тюмень, 25-26 февраля 2006 г.). Тюмень: ТюмГНГУ, 2006. С. 58-62.
15. Огородникова О. М., Кокушкин Н. В. Разработка технологий литья под давлением цинковых сплавов в программной среде CAD/CAE/CAM // Литейное производство. 2010. № 12. С. 20-28.
16. Бородин Е. М., Колмогоров В. Л., Бородин М. Ю., Огородникова О. М. Разработка математической модели непрерывного трубного стана с применением метода конечных элементов // Методы компьютерного проектирования и расчета нефтяного и газового оборудования: сборник материалов III Российской межвузовской научной конференции с международным участием (Тюмень, 25-26 февраля 2006 г.). Тюмень: ТюмГНГУ, 2006. С. 47-52.
17. Паршин С. В., Огородникова О. М. Моделирование технологических процессов в САЕ-пакете ANSYS // САПР и графика. 2003. № 2. С. 58-59.
18. Огородникова О. М., Мальцев Д. Н. Компьютерное моделирование сварочных процессов и обеспечение прочности сварных конструкций // Сварка Урала-2003: сборник докладов 22-ой научно-технической конференции сварщиков Уральского региона с международным участием. Киров: Вятский государственный университет, 2003. С. 197.
19. Ogorodnikov A. I., Tikhonov I. N., Ogorodnikova O. M. Finite element modeling of stresses and defects in brittle materials under force loading // The Third International Workshop on Advanced Spectroscopy and Optical Materials: Book of Abstracts (Poland, Gdansk, 17-22 July 2011). Gdansk: University Gdanski, 2011. P. 151.
20. Огородников А. И., Власов В. Н., Огородникова О. М. Компьютерная оценка ожидаемого качества в системе управления технологическими процессами механической обработки // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2015. № 1. С. 146-150.
21. Огородникова О. М., Черменский В. И. Литейные САЕ-системы AFSolid и WinCast // САПР и графика. 2001. № 8. С. 64-68.
22. Вайсс К., Огородникова О. М., Попов А. В. Компьютерный инженерный анализ отливок в программе WinCast. Тенденции в литейном производстве // Литейное производство. 2002. N. 7. С. 25-26.
23. Огородникова О. М., Мартыненко С. В., Грузман В. М. Прогнозирование кристаллизационных трещин в LVMflow // Компьютерный инженерный анализ: материалы 4-й Российской научно-технической конференции (Челябинск, 16-17 октября 2007 г.). Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. С. 18-19.
24. Огородникова О. М. Особенности компьютерного моделирования технологических процессов на послойной конечноэлементной сетке // Параллельные вычислительные технологии: сборник трудов международной научной конференции ПАВТ’2015 (Екатеринбург, 31 марта — 2 апреля 2015 г.). Екатеринбург: УрФУ, 2015. С. 512-513.
25. Огородникова О. М. Анализ эффективности параллельного вычисления температурных полей на послойной конечно-элементной сетке // Литейное производство.2014. № 11. С. 30-32.
26. Огородникова О. М. Вычислительные методы в компьютерном инжиниринге / Екатеринбург: УрФУ. 2013. 130 с.
27. Огородникова О. М. Введение в компьютерный конструкционный анализ / Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 50 с.
28. Огородникова О. М. О проблемах интеграции вычислительного материаловедения в цифровое машиностроение // Новые материалы и технологии - НМТ-2012: Материалы Всероссийской научно-технической конференции (Москва, 20-22 ноября 2012 г.). М.: МАТИ, 2012. С. 374-375.
29. Огородникова О. М. Консолидированный компьютерный анализ отливки, технологии литья и литейного сплава // Литейное производство. 2015. № 2. С. 32-34.
30. Zhou Z., Xie Sh., Chen D. Fundamentals of digital manufacturing science / London: Springer-Verlag. 2012. 366 p.
31. Wang L., Nee A. Y. C. Collaborative design and planning for digital manufacturing / London: Springer-Verlag. 2009. 427 p.
32. Сайт корпорации Siemens [Электронный ресурс] / Munich: Siemens Aktiengesellschaft, 1996-2014. Режим доступа: http://www.siemens.com/свободный.
33. Wu D., Rosen D. W., Wang L., Schaefer D. Cloud-based design and manufacturing: A new paradigm in digital manufacturing and design innovation // Computer-Aided Design.2015. V. 59. P. 1-14.
34. Chen G., Zhang W. Digital prototyping design of electromagnetic unmanned robot applied to automotive test // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2015. V. 32. P. 54-64.
35. Дунаев П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин / М.: Высшая школа. 1970. 368 с.
36. Avgoustinov N. Modelling in mechanical engineering and mechatronics: towards autonomous intelligent software models / Springer-Verlag: London. 2007. 219 p.
37. Komotoa H., Tomiyamaa T. A framework for computer-aided conceptual design and its application to system architecting of mechatronics products // Computer-Aided Design. 2012. V. 44. P. 931-946.
38. Conner B. P., Manogharan G. P., Martof A. N., Rodomsky L. M., Rodomsky C. M., Jordan D. C., Limperos J. W. Making sense of 3-D printing: Creating a map of additive manufacturingproducts and services // Additive Manufacturing. 2014. V. 1-4. P. 64-76.
39. Nolan D. C., Tierney C. M., Armstrong C. G., Robinson T. T. Defining Simulation Intent // Computer-Aided Design. 2015. V. 59. P. 50-63.
40. Pollock T. M., Allison J. E., Backman D. G., Boyce M. C., Gersh M., Holm E. A., et al. Integrated computational materials engineering: A transformational discipline for improved competitiveness and national security / Washington: National Academies Press. 2008. 152 p.
41. Apelian D., Alleyne A., Handwerker C. A., Hopkins D., Isaacs J. A., Olson G. B., et al. Accelerating technology transition: Bridging the valley of death for materials and processes in defense systems / Washington: National Academies Press. 2004. 68 p.
42. Lee Y., Bae H. An effective quality assurance for small quantity batch manufactured products with digital engineering // International journal of precison engineering and manufacturing. 2012. V 13, N 10. P. 1805-1811.
43. Computer-aided design, engineering, and manufacturing systems techniques and applications / editor Cornelius T. Leondes, in 7 volumes. Boca Raton: CRC Press LLC. 2001.
44. Bruun H. P. L., Mortensen N. H., Harlou U., Worosch M., Proschowsky M. PLM system support for modular product development//Computers in Industry. 2015. V 67. P. 97-111.
45. Chandrasegaran S., Ramani K., Sriram R. D., Horvath I., Bernard A., Harik R. F., Gao W. The evolution, challenges and future of knowledge representation in product design systems // Computer-Aided Design. 2013. V 45. P. 201-228.
46. Maraghy W., Maraghy H., Tomiyama T., Monostori T. Complexity in engineering design and manufacturing // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2012. V 61. P. 793-814.
47. Bicici B. E., Cangelir C. Collaborative digital data management for design and production // Procedia CIRP, 45th CIRP Conference on Manufacturing Systems. 2012. V 3. P. 585-590.
48. Brown J. Стратегия основных PLM-поставщиков в 2014 году и дальше. Часть 1. Autodesk, Dassault Systemes, PTC и Siemens PLM Software // CAD/CAM/CAE Observer. 2014. V. 85, № 1. P. 30-36.
49. Сайт компании Autodesk [Электронный ресурс] / San Rafael, USA: Autodesk, Inc., 1982-2014. Режим доступа: http://www.autodesk.com/свободный.
50. Сайт компании Dassault [Электронный ресурс] / Velizy-Villacoublay, France: Dassault Systemes, 2002-2014. Режим доступа: http://www.3ds.com/свободный.
51. Сайт компании PTC [Электронный ресурс] / Needham, USA: PTC, Inc., 1985-2014. Режим доступа: http://www.ptc.com/свободный.
52. Сайт компании Siemens PLM Software [Электронный ресурс] / Munich: Siemens Product Lifecycle Management Software Inc., 1963-2014. Режим доступа: https://www.plm.automation.siemens.comсвободный.
53. Skoogh A., Perera T., Johansson B. Input data management in simulation — industrial practices and future trends // Simulation Modelling Practice and Theory. 2012. V 29. P. 181-192.
54. Сайт компании ProQuest [Электронный ресурс] / Ann Arbor, USA: ProQuest LLC,
2014. Режим доступа: http://www.proquest.com/products-services/dissertations/в корпоративной сети УрФУ.
55. Rao J.S. Theory of Machines through the 20th century // Mechanism and Machine Theory.
2015. V 89. P. 43-71.
56. Wang C. Insights from developing a multidisciplinary design and analysis environment // Computers in Industry. 2014. V. 65 P. 786-795.
57. Chang K. Computer-Aided Engineering Design // Amsterdam:Elsevier. 2015. 1204 p.
58. Безпалько В. И., Батышев А. И., Смыков А. Ф., Бережной Д. В., Финогенова Ю. М. Моделирование литья с кристаллизацией под давлением в системе ProCast // Литейное производство. 2011. № 9. С. 25-28.
59. Глебов С. М., Пречесный М. А., Якушев А. В. Оптимизация технологии изготовления отливок "Балка надрессорная"тележек грузовых вагонов с применением компьютерного моделирования литейных процессов // Транспорт Российской Федерации. 2011. №2. С. 63-65.
60. Монастырский В. П., Монастырский А. В., Левитан Е. М. Разработка технологии литья крупногабаритных лопаток ГТД для энергетических установок с применением систем «Полигон» и ProCAST // Литейное производство. 2007. № 9. С. 29-34.
61. Campbell J. Castings / Oxford: Elsevier Science. 2003. 354 p.
62. Davies G. J. Solidification and Casting / Essex: Applied Science Publishers. 1973. 154 p.
63. Glicksman M. E. Principles of Solidification / New York: Springer. 2011. 540 p.
64. OberkampfW. L., DeLand S. M., Rutherford B. M., Diegert K. V., Alvin K. F. Estimation of total uncertainty in modeling and simulation / Sandia National Laboratories. 2000. Report Number: SAND2000-0824.
65. Buede D. M. The engineering design of systems: models and methods / New York: John Wiley and Sons, Inc. 2000. 320 p.
66. Maropoulos P. G., Ceglarek D. Design verification and validation in product lifecycle // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2010. V 59, Issue 2. P. 740-759.
67. Sargent R. Verification and validation of simulation models // Winter simulation conferences, New Orleans, LA. 2003. P. 37-48.
68. Bayarri M. J., Berger J. O., Paulo R., Sacks J., Cafeo J. A., Cavendish J., et al. A framework for validation of computer models // Technometrics. 2007. V. 49. P. 138-54.
69. CES selector, Granta Material Intelligence / www.grantadesign.com Granta Design. UK.2013.
70. Rappaz M., Bellet M., Deville M. Numerical Modeling in Material Science and Engineering / Berlin: Springer-Verlag. 2003. 553 p.
71. Hergert W., Ernst A., Dane M. Computational Materials Science / Berlin: Springer. 2004. 553 p.
72. Curtarolo S., Hart G. L. W., Nardelli M. B., Mingo N., Sanvito S., Levy O. The high- throughput highway to computational materials design // Nature Materials. 2013. V. 12. P. 191-201.
73. Belosludov R. V., Mizuseki H., Sahara R. Computational materials science and computer- aided materials design and processing // Handbook of Sustainable Engineering. Section VII New Materials. Joanne Kauffman, Kun-Mo Lee (Editors in Chief) Springer. 2013. P. 1215-1247.
74. McDowell D. L. Critical path issues in ICME, models, databases, and simulation tools needed for the realization of integrated computational materials engineering // Arnold SM, Wong TT, editors. Proc. symposium held at materials science and technology. 2010. Houston, Tx: ASM International. 2011. P. 31-37.
75. Liu Z. K. First principles calculations and Calphad modeling of thermodynamics // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2009. V. 30. P. 517-534.
76. LAMMPS Molecular Dynamics Simulator Сайт разработчика программного обеспечения LAMMPS [Электронный ресурс] / Albuquerque, USA: Sandia National Laboratories. 2014. Режим доступа: http://lammps.sandia.gov/свободный.
77. Lee J. G. Computational Materials Science: An introduction / Seoul: CRC Press. 2011. 302 p.
78. Prasanthi T.N., Sudha C., Saroja S., Vijayalakshmi M. Simulation of nitrogen diffusion in Ni vis^-vis Fe — Identification of better structural material for neutron detectors // Results in Physics. 2014. V. 4. P. 96-100.
79. Wargnier H., Kromma F. X., Danis M., Brechet Y. Proposal for a multi-material design procedure // Materials and Design. 2014. V. 56. P. 44-49.
80. Somasundaram T. S., Govindarajan K. CLOUDRB: A framework for scheduling and managing High-Performance Computing (HPC) applications in science cloud // Future Generation Computer Systems. 2014. V. 34. P. 47-65.
81. Panchal J. H., Kalidindi S. R., McDowell D. L. Key computational modeling issues in Integrated Computational Materials Engineering // Computer-Aided Design. 2013. V. 45. P. 4-25.
82. Rusark Z., Horvarth I., Mandorli F. Towards multi-domain knowledge transfer in engineering analyses and simulations based on virtual prototypes // Engineering with Computers. 2013. V. 29, Issue 3. P. 247-250.
83. Wang L. Data representation of machine models / Dynamic thermal analysis of machines in running state. London: Springer-Verlag. 2014. P. 11-29.
84. McDowell D. L. Simulation-assisted materials design for the concurrent design of materials and products//Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 2007. V. 59. P. 21-25.
85. Allison J., Backman D., Christodoulou L. Integrated computational materials engineering: a new paradigm for the global materials profession // Journal of the Minerals, Metals and
Materials Society. 2006. V. 58. P. 25-27.
86. Ashby M. F. Materials selection in mechanical design I Oxford, UK: Butterworth- Heinemann. 2011.664 p.
87. Billinge S. J. E., Rajan K., Sinnot S. B. From cyberinfrastructure to cyberdiscovery in materials science: enhancing outcomes in materials research II Report of NSF- Sponsored workshop held in Arlington, VA, August 3-5. 2011. Режим доступа http : //www.mcc.uiuc.edu/nsf /ciw2006/ свободный.
88. Thunnissen D. P. Propagating and mitigating uncertainty in the design of complex multidisciplinary systems I Pasadena, CA: California Institute of Technology. 2005. 240 p.
89. Chen W., Baghdasaryan L., Buranathiti T., Cao J. Model validation via uncertainty propagation and data transformations IIAIAA Journal. 2004. V. 42. P. 1406-1415.
90. Choi H. J., McDowell D. L., Rosen D., Allen J. K., Mistree F. An inductive design exploration method for robust multiscale materials design IIASME Journal of Mechanical Design. 2008. V. 130. AN 031402. P. 1-13.
91. Material Science and engineering center [Электронный ресурс] I Albuquerque, Livermore: Sandia National Laboratories. 1997-2013. Режим доступа: http:IIwww.sandia.govImaterialsIscienceIindex.htmlсвободный.
92. Department of Materials Science and Engineering [Электронный ресурс] I Cambridge: Massachusetts Institute of Technology. 1997-2013. Режим доступа: http:IIdmse.mit.eduI свободный.
93. Cho S. W., Kim S. W., Park J. P., Yang S. W., Choi Y. Engineering collaboration framework with CAE analysis data II International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2011. V.12, Issue 4. P. 635-641.
94. Olson G. B. Computational design of hierarchically structured materials II Science. 1997. V. 277. P. 1237-1242.
95. McDowell D. L., Olson G. B. Concurrent design of hierarchical materials and structures // Scientific modeling and simulation. 2008. V. 15. P. 207-240.
96. McDowell D. L., Panchal J. H., Choi H. J., Seepersad C. C., Allen J. K., Mistree F. Integrated design of multiscale, multifunctional materials and products I Oxford: Butterworth-Heinemann, Elsevier. 2009. 392 p.
97. Fullwood D. T., Niezgoda S. R., Adams B. L., Kalidindi S. R. Microstructure sensitive design for performance optimization II Progress in Materials Science. 2010. V. 55. P. 477-562.
98. Olofsson J., Svensson I. L. Incorporating predicted local mechanical behaviour of cast components into finite element simulations Materials and Design. 2012. V. 34. P. 494-500.
99. Конструкционные материалы: Справочник IБ. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Буше и др.; Под общ.ред. Б. Н. Арзамасова I М.: Машиностроение. 1990. 688 с.
100. Mittemeijer E. J. Fundamentals of Materials Science. The Microstructure -- Property Relationship Using Metals as Model Systems Berlin: Springer-Verlag. 2010. 617 p.
101. Cahn R. W. The Coming of Materials Science Amsterdam: Elsevier Science Ltd. Pergamon. 2003. 591 p.
102. Гуляев А. П. Металловедение IМ.: Металлургия. 1986. 272 с.
103. Богачев И. Н., Вайнштейн А. А., Волков С. Д. Статистическое металловедение 7М.: Металлургия. 1984. 176 с.
104. Колмогоров В. Л. Напряжения. Деформации. Разрушение I М.: Металлургия. 1970. 230 с.
105. Колмогоров В. Л., Богатов А. А., Мигачев Б. А. и др. Пластичность и разрушение / М.: Металлургия. 1977. 336 с.
106. Popov A. A., Pyshmintsev I. Yu., Demakov S. L., Illarionov A. G., Lowe T. C., Sergeyeva A. V., Valiev R. Z. Structural and mechanical properties of nanocrystalline titanium processed by severe plastic deformation // Scripta Materialia. 1997. V. 37. № 7. P. 1089¬1094.
107. Попов А. А., Илларионов А. Г., Степанов С. И., Елкина О. А., Ивасишин О. М. Влияние температуры закалки на структуру и свойства титанового сплава. Структура и фазовый состав // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 5. С. 539-548.
108. Попов А. А., Илларионов А. Г., Степанов С. И., Ивасишин О. М. Влияние температуры закалки на структуру и свойства титанового сплава. Физико-механические свойства // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 5. С. 549-558.
109. Садовский В. Д. Структурная наследственность в стали / М.: Металлургия. 1973. 205 с.
110. Счастливцев В. М. Академик В. Д. Садовский и развитие физического металловедения на Урале / Екатеринбург: УрО РАН. 2010. 366 с.
111. Счастливцев В. М., Мирзаев Д. А., Яковлева И. Л. Структура термически обработанной стали / М.: Металлургия. 1994. 287 с.
112. Raabe D. Computational Materials Science. The simulation of Materials Microstructure and Properties / Weinhein: Wiley-VCH. 1998. 325 p.
113. Панин В. Е., Гриняев Ю. В. Структурные уровни деформации твердых тел // Известия высших учебных заведений. Физика. 1992. № 6. С. 5-15.
114. McDowell D. L. Materials design: a useful research focus for inelastic behavior of structural metals // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. Special issue on the prospects of mesomechanics in the 21st century: current thinking on multiscale mechanics problems. 2001. V. 37. P. 245-259.
115. McDowell D. L. A perspective on trends in multiscale plasticity // International Journal of Plasticity. 2010. V. 26. P. 1280-1309.
116. Волков С. Д. Статистическая теория прочности / Свердловск: Машиностроение. 1961. 176 с.
117. Niezgoda S. R., Yabansu Y. C., Kalidindi S. R. Understanding and visualizing microstructure and microstructure variance as a stochastic process // Acta Materialia. 2011. V. 59. P. 6387-6400.
118. Kalidindi S. R., Niezgoda S. R., Salem A. A. Microstructure informatics using higher- order statistics and efficient data-mining protocols // JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 2011. V. 63. P. 34-41.
119. Gokhale A. M., Tewari A., Garmestani H. Constraints on microstructural twopoint correlation functions // Scripta Materialia. 2005. V. 53. P. 989-993.
120. McDowell D. L., Ghosh S., Kalidindi S. R. Representation and computational structure-property relations of random media // JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 2011. V. 63. P. 45-51.
121. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов / М.: Машиностроение. 1974. 472 с.
122. Sivel V. G., Van den Brand J., Wang W. R., Mohdadi H., Tichelaar F. D., Alkemade P., et al. Application of the dual-beam fib-sem to metals research // Journal of Microscopy. 2004. V. 21.P. 237-245.
123. Spowart J., Mullens H., Puchala B. Collecting and analyzing microstructures in three dimensions: a fully automated approach // JOM Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. 2003. V. 55. P. 35-37.
124. Spowart J. E. Automated serial sectioning for 3-d analysis of microstructures // Scripta Materialia. 2006. V. 55. P. 5-10.
125. Salvo L., Cloetens P., Maire E., Zabler S., Blandin J. J., Buffiere J. Y., et al. X-ray microtomography an attractive characterisation technique in materials science // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2003. V. 200. P. 273-286.
126. Midgley P. A., Weyland M. 3-D electron microscopy in the physical sciences: the development of Z-contrast and EFTEM tomography // Ultramicroscopy. 2003. V. 96. P. 413-431.
127. Stienon A., Fazekas A., Buffiere J.Y., Vincent A., Daguier P., Merchi F. A new methodology based on X-ray micro-tomography to estimate stress concentrations around inclusions in high strength steel // Materials Science and Engineering: A. 2009. V. 513-514. P. 376-383.
128. Proudhon H., Buffiere J. Y., Fouvry S. Three-dimensional study of a fretting crack using synchrotron X-ray micro-tomography // Engineering Fracture Mechanics. 2007. V. 74(5). P. 782-793.
129. Tiseanu I., Craciunescu T., Petrisor T., Corte A. D. 3-D X-ray micro-tomography for modeling of NB3SN multifilamentary superconducting wires // Fusion Engineering and Design. 2007. V. 82(5-14). P. 1447-1453.
130. Miller M. K., Forbes R. G. Atom probe tomography // Materials Characterization. 2009. V. 60(6). P. 461-469.
131. Arslan I., Marquis E. A., Homer M., Hekmaty M. A., Bartelt N. C. Towards better 3-D reconstructions by combining electron tomography and atom-probe tomography //Ultramicroscopy. 2008. V. 108(12). P. 1579-1585.
132. Rowenhorst D. J., Lewis A. C., Spanos G. Three-dimensional analysis of grain topology and interface curvature in a P -titanium alloy // Acta Materialia. 2010. V. 58(16). P.5511-5519.
133. Gao X., Przybyla C. P., Adams B. L. Methodology for recovering and analyzing two- point pair correlation functions in polycrystalline materials // Metallurgical and Materials Transactions: A. 2006. V. 37. P. 2379-2387.
134. Knezevic M., Kalidindi S. R. Fast computation of first-order elastic-plastic closures for polycrystalline cubic-orthorhombic microstructures // Computational Materials Science. 2007. V. 39. P. 643-648.
135. Adams B. L., Henrie A., Henrie B., Lyon M., Kalidindi S. R., Garmestani H. Microstructure-sensitive design of a compliant beam // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2001. V. 49. P. 1639-1663.
136. Proust G., Kalidindi S.R. Procedures for construction of anisotropic elasticplastic property closures for face-centered cubic polycrystals using firstorder bounding relations // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2006. V. 54. P. 1744-1762.
137. Houskamp J. R., Proust G., Kalidindi S. R. Integration of microstructure-sensitive design with finite element methods: elastic-plastic case studies in FCC polycrystals // International Journal for Multiscale Computational Engineering. 2007. V. 5. P. 261-272.
138. Knezevic M., Kalidindi S. R., Mishra R. K. Delineation of first-order closures for plastic properties requiring explicit consideration of strain hardening and crystallographic texture evolution // International Journal of Plasticity. 2008. V. 24. P. 327-342.
139. Wu X., Proust G., Knezevic M., Kalidindi S. R. Elastic-plastic property closures for hexagonal close-packed polycrystalline metals using first-order bounding theories // Acta Materialia. 2007. V. 55. P. 2729-2737.
140. Shaffer J. B., Knezevic M., Kalidindi S. R. Building texture evolution networks for deformation processing of polycrystalline FCC metals using spectral approaches: applications to process design for targeted performance // International Journal of Plasticity. 2010. V. 26. P. 1183-1194.
141. Fullwood D. T., Adams B. L., Kalidindi S. R. Generalized Pareto front methods applied to second-order material property closures // Computational Materials Science. 2007. V. 38. P. 788-799.
142. Adams B. L., Xiang G., Kalidindi S. R. Finite approximations to the second-order properties closure in single phase polycrystals // Acta Materialia. 2005. V. 53. P. 3563-3577.
143. Bunge H. J. Texture analysis in materials science. Mathematical methods // Gottingen: Cuvillier Verlag. 1993.
144. Fast T., Niezgoda S.R., Kalidindi S.R. A new framework for computationally efficient structure-structure evolution linkages to facilitate high-fidelity scale bridging in multi-scale materials models // Acta Materialia. 2011. V. 59. P. 699-707.
145. Kalidindi S. R., Niezgoda S. R., Landi G., Vachhani S., Fast A. A novel framework for building materials knowledge systems // Computers, Materials and Continua. 2009. V. 17. P.103-126.