Атомная станция малой мощности (АСММ) — это один из перспективных проектов Госкорпорации «Росатом». Такие станции предназначены для удалённых районов с неразвитой сетевой инфраструктурой, где нецелесообразно строить мощные АЭС. АСММ обладают рядом преимуществ, таких как энергонезависимость, экологически чистое производство энергии и стабильное снабжение электричеством и теплом труднодоступных территорий.
Атомная энергетика является одной из ключевых отраслей современной экономики, обеспечивающей стабильное и экологичное производство электроэнергии. Строительство и эксплуатация атомных станций требуют особого внимания к вопросам безопасности и надёжности оборудования. Оборудование на атомной электростанции должно функционировать должным образом не только в нормальных условиях эксплуатации, но и при аварийных ситуациях или землетрясениях. Важным аспектом при разработке и эксплуатации робота-манипулятора является обеспечение его прочности и надёжности.
Специалисты АО «ЦИФРА» провели прочностные расчёты робота-манипулятора для атомной станции малой мощности. Роботы-манипуляторы используются для автоматизации процессов и выполнения опасных или сложных работ. Для обеспечения надёжности и безопасности работы роботов необходимо проводить тщательный анализ их прочности и динамических характеристик.
При расчёте робота-манипулятора помимо воздействия, уже «классических», внешних воздействующих факторов таких как давление, температурные воздействия, сейсмические и другие нагрузок, необходимо учитывать влияние движений и вращений элементов конструкции в пространстве.
Чтобы учесть динамику подвижных элементов была применена технология численного моделирования кинематики абсолютно твердых тел (RBD, Rigid Body Dynamics), которая позволяет проводить детальный анализ динамического поведения робота-манипулятора с учётом его геометрии, кинематики и нагрузок: вращения и передвижения его элементов во времени.
RBD в программе ANSYS — это средство анализа динамического поведения системы взаимосвязанных абсолютно жёстких тел, соединенных различными шарнирами, пружинами и контактирующих друг с другом. Данный модуль определяет динамическую реакцию сборки преимущественно твёрдых тел, соединённых шарнирами, пружинами и имеющих возможность контактировать друг с другом. При этом для учёта жёсткости деталей и деформируемых тел используется технология суперэлемента. То есть объект, разбитый на множество конечных элементов, преобразуется в один элемент с мастер-узлами в местах граничных условий и соединений. RBD применяется для расчётов механических систем со сложными связями и значительными перемещениями между их элементами, таких как автомобильные подвески, роботы и детали шасси самолётов; помогает детально исследовать изменения положения, скорости и ускорения в этих системах, обеспечивая быстрое и точное решение задач кинематики и динамики.
Основные преимущества применения метода RBD для расчёта прочности робота-манипулятора:
- Быстрое и эффективное решение задач механики благодаря минимизации временных затрат вычислительных ресурсов, поскольку часть тел абсолютно жёсткие и напряжённо-деформированное состояние в этих телах не рассчитывается.
- Как уже было сказано применение суперэлементов позволяет в отдельно взятых элементах рассчитывать напряженно-деформированное состояние с учетом всех нагрузок от движений.
- Поддержка полного набора типов соединений деформируемых и абсолютно твёрдых тел, включая вращательные, поступательные, а также различные виды шарниров.
В рамках проекта разработана математическая модель робота-манипулятора, учитывающая все его конструктивные особенности, законы движения, ограничения и внешние нагрузки (в том числе действующие в случае аварийной ситуации). Проведено компьютерное моделирование и выполнены расчёты с оценкой прочности элементов конструкции в динамике. Результаты расчётов позволили подтвердить прочность конструкции робота, обеспечивающие его надёжность и безопасность в течение всего срока службы и дать рекомендации по улучшению конструкции.
Специалисты АО «ЦИФРА» имеют компетенции и успешно применяют описанный метод в проектах, что позволяет быстро и точно анализировать динамические характеристики не только роботов, но и других подвижных изделий, учитывая особенности его конструкции и взаимодействия между элементами, что позволяет решать задачи в кратчайшие сроки без потери качества решения.
Изображение заголовка Simon Kadula на Unsplash