Проведение горных работ в недостаточно прочных породах — частая практика при разработке рудных месторождений. В наиболее неблагоприятных горно-геологических условиях месторождений существует риск смещения пород в сторону новообразовавшейся выработки и, как следствие, напряжение и деформация крепи, что в свою очередь способно привести к ее разрушению, производственным травмам и угрозе человеческим жизням. Выбор тех или иных способов физико-химического упрочнения горных выработок особенно сложен на новых месторождениях и рудных полях из-за недостатка информации о свойствах массива.
Традиционные методы прочностных расчетов, применяемые для прогнозирования поведения конструкции, оказываются здесь недостаточно эффективными. Поэтому в настоящий момент разработка более совершенных методов компьютерного моделирования для расчета напряженно-деформированного состояния выработок является актуальной научной проблемой.
Недавно ведущим проектно-изыскательским и научно-исследовательским институтом промышленной технологии (ОАО «ВНИПИпромтехнологии») была протестирована система инженерного анализа от российского разработчика — компании Fidesys. Отличительной особенностью отечественной разработки является новый модуль Fidesys Dynamics, расчеты в котором выполняются методом спектральных элементов, имеющим ряд преимуществ по сравнению с традиционными подходами, применяемыми в существующих CAE-системах. В данном случае программный комплекс CAE Fidesys был использован для расчета самообрушения горных пород на рудных месторождениях.
Задача состояла в исследовании напряжений и деформаций, возникающих на опытном участке. Исследуемый объект представлял собой прямоугольный параллелепипед горной породы, для которой был известен ряд исходных параметров. Верхняя грань параллелепипеда имитировала земную поверхность, остальные грани — срезы.
На определенной глубине от поверхности в горизонтальной плоскости была расположена горная выработка (пустота) арочного сечения, проходящая насквозь через всю исследуемую часть породы.
Из-за сил гравитации 550-метровая толща пород оказывает давление, в результате которого в районе выработки возникают повышенные напряжения и деформации.
Программный комплекс Fidesys продемонстрировал высокую точность и скорость вычислений методом конечных и спектральных элементов. При работе на основе метода спектральных элементов решение задачи показало значительное повышение точности расчетов.
По оценке «ВНИПИпромтехнологии», результаты программного расчета оказались близки к контрольным значениям натурных экспериментов. В ходе тестирования российский расчетный комплекс показал себя как удобный и эффективный инструмент, позволяющий осуществлять полный цикл прочностного инженерного анализа: загрузку и анализ CAD-модели, построение расчетной сетки, задание нагрузок и механических свойств материала, выбор и настройку МКЭ-решателя, расчет модели, визуализацию результатов расчета.
Как правило, высокая точность получаемых результатов, с одной стороны, свидетельствует об эффективности применяемого расчетного пакета, однако с другой — вызывает снижение скорости вычислений. На сегодняшний день каждый разработчик программного обеспечения в области CAE пытается решить эту проблему по-своему.
CAE Fidesys не стал исключением. Российский программный комплекс изначально разрабатывался с учетом этой проблемы, и содержит абсолютно новое ядро, которое по умолчанию имеет возможность распараллеливать процессы решения задачи на все имеющиеся в распоряжении пользователя ядра процессора. К сожалению, такой возможностью не могут похвастаться даже некоторые зарубежные расчетные пакеты, аналогичные Fidesys, так как используют технологии, разработанные около двух десятков лет назад.
Это преимущество российской CAE-системы отметили и сотрудники «ВНИПИпромтехнологии», которые выполняли тестовые расчеты на обычном ПК, не используя мощности суперкомпьютера. Таким образом, с помощью программного комплекса Fidesys реализована возможность высокой скорости расчетов без потери качества вычислений.
|
|
