Magda Krupka

ETI30

Systemy komputerowego

wspomagania projektowania

materiałowego

Wstęp do CAMD



CAMD -Computer Aided Material

Design



Komputerowa nauka o materiałach

(computational materials science)



Bazy danych mteriałowych



„Materials Selector“



Dodatek do „Leksykonu

Materiałoznastwa” i „Zasad doboru

materiałów inżynierskich z kartami

charakterystyk”

Rysunek
1

Schemat ogólny komputerowego systemu wspomagania doboru
materiałów

Główne funkcje CASS



dobór stali na elementy konstrukcyjne obrabiane cieplnie i cieplno–chemicznie, przy
zapewnieniu wymaganych własności użytkowych i spełnieniu innych wymagań i
ograniczeń stawianych przez konstruktora, wynikających z warunków eksploatacji, a
także z dostępności urządzeń możliwych do wykorzystania podczas obróbki cieplnej
oraz innych kryteriów ekonomicznych i ekologicznych,



opracowanie technologii obróbki cieplnej i cieplno–chemicznej (dobór operacji
technologicznych, dobór temperatury i czasu hartowania i odpuszczania, ośrodka
chłodzącego, warunków obróbki cieplno–chemicznej itp.)



dobór zamienników danej stali spośród produkowanych w innych krajach lub objętych
normami ISO i EN,



kalkulacja kosztów obróbki cieplnej i cieplno–chemicznej,



obliczanie wskaźników hartowności (średnicy krytycznej, pasma hartowności) na
podstawie informacji o składzie chemicznym, wielkości ziarna i intensywności chłodzenia,



określenie własności mechanicznych, użytkowych, fizycznych i technologicznych stali w
zależności od warunków obróbki cieplnej i cieplno–chemicznej,



opracowywanie zestawień stali możliwych do zastosowania na określone elementy
konstrukcyjne i zestawień elementów konstrukcyjnych możliwych do wykonania z danej
stali.



Opracowany system oparty jest na obszernych bazach danych:
- stali konstrukcyjnych,
- typowych elementów konstrukcyjnych,
- urządzeń i środków technologicznych.

Ogólny schemat struktury i działania
systemu

A

-

Wprowadzane dane wejściowe:

niezbędne:
• typ elementu (E) z podaniem cech geometrycznych
• wymagania (W) dotyczące własności stali
• urządzenia i materiały do obróbki cieplnej dostępne dla
użytkownika
opcjonane:
• gatunek stali (SP), z którego proponuje się wykonanie elementu
• konieczność posiadania przez producenta uprawnień w zakresie
jakości
• wymagania ekonomiczne
• wymagania ekologiczne

B

-

Nie istnieje stal w bazie stali, która miałaby własności zapewniające

spełnienie postawionych wymagań

C

- Wynik procedury optymalizacji jest negatywny – nie

otrzymano ani jednej stali, która spełniałaby wszystkie
kryteria. Konieczne jest odwołanie się do decyzji
użytkownika o zmianie pewnych
wymagań i ponowne powtórzenie procedur od początku

D

-Zmiana niektórych parametrów niewymagających decyzji

użytkownika

E

- Sugestie o zmianie wymagań po wyczerpaniu się

możliwości zmian parametrów niewymagających decyzji
użytkownika

F

- Wybór stali proponowanej (SP) na żądanie użytkownika

pomimo negatywnej weryfikacji stali przez system

G

- Na etapie określania danych wejściowych następuje

zdefiniowanie bazy urządzeń i środków technologicznych
dostępnej dla użytkownika. W niektórych przypadkach
użytkownika interesuje określenie materiału
wraz z obróbką przy uwzględnianiu wszystkich możliwych
istniejących urządzeń i materiałów.
Wtedy baza urządzeń i środków technologicznych
dostępna dla użytkownika jest tożsama z bazą
dostarczoną
z systemem. Jeżeli użytkownik oczekuje określenia
obróbki przy uwzględnieniu jego dostępności do
urządzeń
i materiałów, wtedy zawartość tej bazy jest określana
przez samego użytkownika. Uwzględniona jest sytuacja,
gdy użytkownik dysponuje urządzeniem nie ujętym w
bazie dostarczonej z systemem. Wtedy baza wejściowa
zostaje o to urządzenie poszerzona.

Przykłady danych pobieranych

z baz danych

Wynikiem pracy systemu mogą
być:



karty technologiczne obróbki cieplnej i

cieplno–chemicznej analizowanych

elementów konstrukcyjnych,



raporty częściowe lub pełne wynikające z

funkcji użytkowych systemu lub obliczeń

realizowanych przez procedury

obliczeniowe, a także w formie wykresów,



zapisy w bazie wyników, umożliwiające

bieżące uzupełnienie bazy wiedzy oraz

współpracę z programami zewnętrznymi.



modelowanie wpływu składu chemicznego
na hartowność stali



projektowanie składu chemicznego stali
na podstawie żądanego przebiegu krzywej
hartowności

Rysunek A.
Ocena wpływu Si i Cr na twardość w kryterialnej odległości
25 mm od czoła próbki Jominy’ego ze stali zawierającej
ponadto
0,3% C, 0,6% Mn, 0,1% Ni i 0,3% Mo

Rysunek B
Ocena wpływu Mo i Si na twardość w kryterialnej odległości
25 mm od czoła próbki Jominy’ego ze stali zawierającej
ponadto
0,3% C, 1,1% Mn, 1,2% Cr i 1,2% Ni



prognozowanie własności mechanicznych
stali konstrukcyjnych z zastosowaniem
sieci neuronowych



przewidywanie twardości stali
konstrukcyjnych

chłodzonych z temperatury austenityzowania



zastosowanie sztucznych sieci
neuronowych do wyznaczania
temperatury AC1 i AC3 stali
konstrukcyjnych



zastosowanie sztucznych sieci neuronowych

do wyznaczania temperatury początku
przemiany martenzytycznej M

s

stali

konstrukcyjnych

gdzie symbole pierwiastków chemicznych oznaczają stężenie masowe (w %)
odpowiedniego pierwiastka w stali, a współczynniki ax(dla x = C, Mn, Si, Cr, Ni,
Mo, V)
oraz K są wyznaczane doświadczalnie. Wartości współczynników ax dla
pierwiastków występujących w badanych stalach oraz stałej K zestawiono w
tablicy poniżej

Porównanie wartości rzeczywistych temperatury Ms z wartościami obliczonymi przy zastosowaniu sieci neuronowej oraz wybranych
zależności



komputerowe modelowanie
kinetyki przemian austenitu
przechłodzonego stali
konstrukcyjnych i maszynowych

INNE SYSTEMY KOMPUTEROWEGO

WSPOMAGANIA DOBORU MATERIAŁÓW



Analogiczne autorskie programy dotyczą oceny trwałości
resztkowej stali stosowanych na elementy ciśnieniowe
instalacji energetycznych. Stale trwają prace nad kolejnymi
aplikacjami inżynierskimi umożliwiającymi komputerowe
wspomaganie

doboru materiałów inżynierskich do specjalnych

zastosowań. Postęp w tym zakresie jest szczególnie ważny,
gdyż udostępniane systemy komputerowe eliminują błędy
grube popełniane nierzadko przy stosowaniu tradycyjnych
metod, jak również
stanowią nieodzowne elementy systemów wspomagania
prac inżynierskich CAx, zn. CAD/CAM/CAMD
(komputerowe wspomaganie
projektowania/wytwarzania/projektowania materiałowego).

Dziękuję za uwagę