|
|
 |
|
|
 |
Ученые Пермского Политеха в 23 раза ускорили компьютерное моделирование для 3D-печати гранулами
В 3D-печати важную роль играют гранулированные материалы – сыпучие порошки. До начала печати их моделируют на компьютере, чтобы определить потенциальные дефекты и оптимальные параметры принтера. Однако это требует значительного времени. Ученые ПНИПУ разработали упрощенную модель частицы, благодаря которой вычисления можно сократить в 23 раза.
В технологиях 3D-печати, которые активно применяют в металлургии и медицине, важную роль играют гранулированные материалы – сыпучие порошки, состоящие из отдельных частиц (гранул) небольшого размера. Их используют для создания деталей автомобилей, самолетов, имплантатов и протезов. До начала печати процесс моделируют на компьютере. Это помогает выявить потенциальные дефекты, определить оптимальные параметры работы принтера (мощность лазера, скорость сканирования и др.), что в целом улучшает качество изделий и повышает производительность. Однако само моделирование требует значительных затрат компьютерного времени. Ученые Пермского Политеха разработали упрощенную модель частицы, благодаря которой вычисления можно сократить в 23 раза.
Статья опубликована в журнале «Russian Physics Journal», 2024. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
Гранулированные материалы играют ключевую роль в ряде аддитивных технологий. С их помощью 3D-принтер послойно печатает трехмерные объекты. Эта технология крайне полезна в металлургии: например, так работает часто применяемый метод селективного лазерного плавления, когда на поверхность наносится металлический порошок, а затем лазер выборочно сплавляет его частицы, создавая прочные детали.
Важную роль в производстве и применении гранулированных материалов играет компьютерное моделирование методом дискретных элементов (DEM). Оно позволяет изучить поведение каждой частицы порошка в отдельности, учитывая форму, размер, свойства и взаимодействие с оборудованием. Это помогает найти лучшие настройки для 3D-принтеров и других машин, которые прессуют, гранулируют, перемещают и измельчают эти материалы.
Проблема в том, что расчеты для большого количества частиц требуют высоких вычислительных мощностей и занимают много времени. Для ускорения этого процесса ученые Пермского Политеха создали упрощенную модель гранулированного материала.
Обычно спроектированные на компьютере гранулы состоят из набора простых геометрических фигур – плоскостей, цилиндров и сфер, которые связаны между собой. Например, одна частица может строиться из 50 и более сфер (multi-sphere particle), что значительно увеличивает время моделирования.
– Мы создали две модели гранул. За основу взяли асимметричный октаэдр. Первая (базовая) модель имеет 6 условных вершин и состоит из 89 сфер (известная в литературе как multi-sphere particle), мы обозначили ее как Octahedron. На ее основе построили вторую, новую модель – Sphere-Points. Ее отличие в том, что она состоит из 2-х сфер с единым центром и 6 точек. Это значительно снижает объем вычислений, а значит и компьютерное время, – рассказывает Елена Матыгуллина, профессор кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ, доктор технических наук.
При сравнительном тестировании моделей ученые провели серию компьютерных экспериментов, в которых измеряли плотность, угол естественного откоса насыпи и сопротивление сдвигу, применяя различные параметры модели Sphere-Points. В итоге были найдены параметры, при которых обе модели имеют качественное соответствие результатов. Для проведения численных экспериментов политехники написали программу на языке C++. Проверялись обе модели с использованием 3 000 частиц с одинаковыми параметрами упругости, массы, трения и расположения вершин (точек).
– Эксперименты показали, что разработанная модель частицы Sphere-Points обрабатывается компьютером в 23 раза быстрее, чем Octahedron. Моделирование 1 секунды процесса с 3 000 частиц занимает 2 580 секунд для Octahedron и всего 112 для Sphere-Points. Сравнение проводилось на одном ядре процессора. Sphere-Points обладает минимальным, но достаточным количеством составляющих элементов для получения качественного соответствия результатов по сравнению с известной моделью multi-sphere particle, что позволяет ускорить тестирование и сравнение различных параметров 3D-печати, уменьшить затраты на вычислительные ресурсы. Это особенно важно, учитывая, что для моделирования порошков обычно требуется не менее 500 000 частиц и несколько дней компьютерного времени для проведения одного численного эксперимента. В дальнейшем планируется проводить моделирование с использованием параллельных вычислений на GPU (графическом процессоре). Мы полагаем, что модель Sphere-Points также покажет свою эффективность, – поясняет Денис Лобовиков, доцент кафедры «Инновационные технологии машиностроения» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Модель частицы, разработанная учеными Пермского Политеха, позволяет значительно ускорить компьютерное моделирование по сравнению с традиционными моделями, сохраняя при этом достаточную точность. Это открывает возможности для более эффективного использования и оптимизации аддитивных технологий.
Контактное лицо: Лидия Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 21:04, 04.03.2025
Количество просмотров: 66
Страна: Россия
| Студент Пермского Политеха разрабатывает новый язык программирования, ПНИПУ, 22:21, 20.05.2025, Россия |
148 |
| Существующие языки программирования либо имеют ограниченную производительность, либо требуют сложного управления данными и тонкого отслеживания багов. Студент ПНИПУ разрабатывает инновационный язык программирования Ritter, предназначенный для игровых движков, микроконтроллеров, датчиков, нейросетей и даже беспилотников. |
 |
| Журнал «СТЭК-В» как инструмент для развития научной карьеры, АО "НИИЭТ", 22:20, 20.05.2025, |
129 |
| Публикация научных работ — один из ключевых этапов на пути к успешной карьере исследователя. Журнал «СТЭК-В» предоставляет ученым уникальную возможность заявить о своих открытиях на широкой научной платформе. |
|
| Рынок биотехнологий в АПК вырастет до 190 млрд руб. к 2028 году – РСХБ, Калужский РФ АО «Россельхозбанк», 12:06, 17.05.2025, Россия |
235 |
| Биотехнологии в АПК являются инструментом для роста эффективности производства продуктов питания. Промышленное использование биологических процессов поможет аграриям увеличивать урожайность, получать функциональные продукты с новыми свойствами и качествами и снижать себестоимость продукции. |
|
| Студенты Алтайского ГАУ создали стартап по разведению роз отечественной селекции, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 11:55, 17.05.2025, Россия |
32 |
| Студенты 2 курса Агрономического факультета Алтайского государственного аграрного университета Владислав Стариков и Данил Ветров со стартап-проектом «В мире роз» участвуют в интенсиве Университета 20.35, чтобы сделать розы отечественной селекции доступнее для потребителей |
|
| Ученые Пермского Политеха разработали модель, которая позволит акустическим сенсорным экранам точнее распознавать касания, ПНИПУ, 09:18, 11.05.2025, Россия |
165 |
| Сенсорные экраны давно стали частью нашей повседневной жизни. Они используются даже на нефтяных и химических производствах, в шахтах и космических кораблях. Однако в таких условиях их работа затруднена, так как они плохо переносят вибрации, влагу, пыль и повреждения. Ученые ПНИПУ нашли способ, как улучшить работу сенсорных устройств. |
 |
| Ученые Пермского Политеха предложили новый метод укрепления деревянных конструкций, ПНИПУ, 08:29, 11.05.2025, Россия |
170 |
| Древесина естественно разлагается и не вредит природе, однако из-за невысокой прочности не может активно применяться в конструкциях с большой нагрузкой. Чтобы это исправить, ее усиливают волокнами металла, но они со временем ржавеют и изнашиваются. Ученые ПНИПУ нашли способ укрепить дерево без использования материалов, подверженных коррозии |
|
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
