ПНСТ 536-2021

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Умное производство

МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ВИРТУАЛИЗАЦИИ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Общие требования

Smart manufacturing. Methods of mathematical modeling and virtualization of product tests on mechanical influence on design. General requirements

ОКС 35.020

Срок действия с 2021-07-01
 до 2024-07-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский институт сертификации" (АО "ВНИИС") и Обществом с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт "АСОНИКА" (ООО "НИИ "АСОНИКА")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 194 "Кибер-физические системы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 февраля 2021 г. N 20-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 мес до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 121205 Москва, Инновационный центр Сколково, улица Нобеля, д.1, e-mail: info@tc194.ru и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: 123112 Москва, Пресненская набережная, д.10, стр.2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты" и также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Целью стандартов комплекса "Умное производство" является применение моделирования изделий на ранних этапах проектирования, снижение затрат на разработку, производство и обслуживание за счет повышения качества разработок.

Стандарты комплекса "Умное производство" представляют собой совокупность отдельно издаваемых стандартов. Стандарты данного комплекса относятся к одной из следующих тематических групп: "Общие положения, основные понятия, термины и определения", "Технические и эксплуатационные характеристики", "Безопасность", "Виды и методы испытаний", "Конструктивные элементы". Стандарты любой тематической группы могут относиться как ко всем изделиям, так и к отдельным группам объектов стандартизации.

Настоящий стандарт относится к тематической группе "Виды и методы испытаний" и определяет требования к методам математического моделирования и виртуализации испытаний изделий на механические воздействия при проектировании.

Применение моделирования изделий на ранних этапах проектирования до изготовления опытного образца позволит избежать отказов изделий или их значительно сократить на этапе испытаний опытного образца, сокращая тем самым количество испытаний опытного образца, возможные итерации по доработке схем и конструкций, затраты на разработку изделий при одновременном повышении качества и надежности, в том числе в критических режимах работы, делая изделия конкурентоспособными на отечественном и международном рынке, получая на выходе электронную модель изделия (ЭМИ) на принципах CALS-технологий.

Использование только натурных испытаний изделий на внешние воздействующие факторы (ВВФ) без применения моделирования малоинформативно и неэффективно, так как на этапе проектирования не отслеживается большинство возможных отказов изделий; при испытаниях не проверяются критические режимы (либо технически невозможно, либо дорого из-за возможных отказов испытуемых изделий); из-за недоработок проектирования изделий, вскрытых путем испытаний, возможно множество итераций: доработка проекта - испытания опытного образца - доработка проекта и т.д., что значительно увеличивает сроки и стоимость разработки; при натурных испытаниях практически невозможно воспроизвести комплексные (одновременно действующие) воздействия; невозможно установить датчики во всех точках конструкции изделий и контролировать их поведение, выбор контрольных точек при испытаниях субъективен и опирается в основном на опыт и интуицию.

     1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт устанавливает методы моделирования и виртуализации испытаний изделий на механические воздействия на ранних этапах проектирования до изготовления опытного образца.

1.2 На изделие оказывают влияние механические воздействия - синусоидальная (гармоническая) вибрация, случайная вибрация, одиночный механический удар, многократный механический удар, линейное ускорение, акустический шум, статические нагрузки. Механические воздействия могут приводить к нарушению прочности и устойчивости изделий. Настоящий стандарт определяет методы, позволяющие моделировать и проводить виртуальные испытания изделий при механических воздействиях с целью обеспечения их устойчивости и прочности.

1.3 Требования настоящего стандарта не распространяются на рассмотрение всех проблем проектирования и обеспечения надежности изделий.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 4.403 Система показателей качества продукции. Машины и приборы для определения механических свойств материалов. Номенклатура показателей

ГОСТ 23.205 Обеспечение износостойкости изделий. Ускоренные ресурсные испытания с периодическим форсированием режима

ГОСТ 16962 Изделия электронной техники и электротехники. Механические и климатические воздействия. Требования и методы испытаний

ГОСТ 17516 Изделия электротехнические. Условия эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды

ГОСТ 17516.1 Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 21964 Внешние воздействующие факторы. Номенклатура и характеристики

ГОСТ 27609 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Основные положения и требования к проведению и нормативно-техническому обеспечению

ГОСТ 30630.0.0 Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Общие требования

ГОСТ 30631 Общие требования к машинам, приборам и другим техническим изделиям в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам при эксплуатации

ГОСТ Р 51502 Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие случайной широкополосной вибрации с использованием цифровой системы управления испытаниями

ГОСТ Р 51805 Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие линейного ускорения

ГОСТ Р 52862 Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие акустического шума (вибрация, акустическая составляющая)

ГОСТ Р 57188 Численное моделирование физических процессов. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 21964.

     4 Общие положения

4.1 Целью настоящего стандарта является оказание методической помощи предприятиям промышленности и организациям в применении моделирования и виртуализации испытаний изделий на механические воздействия на ранних этапах проектирования до изготовления опытного образца по ГОСТ 30630.0.0, ГОСТ 17516.1, ГОСТ 17516, ГОСТ 30631, ГОСТ 16962, ГОСТ 4.403, ГОСТ 23.205, ГОСТ 27609.

Для достижения поставленной цели в стандарте решены следующие задачи [1], [2]:

- разработаны требования к методам, позволяющим моделировать и проводить виртуальные испытания изделий при механических воздействиях с целью обеспечения их устойчивости и прочности по ГОСТ Р 57188;

- разработаны требования к программному обеспечению для математического моделирования и виртуализации испытаний изделий на механические воздействия при проектировании на основе применения персональной электронно-вычислительной машины.

4.2 Методы математического моделирования и виртуализации испытаний изделий на механические воздействия предназначены для использования подразделениями предприятий, на которые возложены соответствующие задачи, для замены испытаний изделий компьютерным моделированием на внешние механические воздействия еще до изготовления, что позволит значительно сэкономить денежные средства и сократить сроки создания изделий при одновременном повышении качества и надежности за счет сокращения количества испытаний.

4.3 Рекомендации, приведенные в настоящем стандарте, должны использоваться специалистами - разработчиками изделий в процессе проектирования с целью выбора и предварительной оценки эффективности конструкторских решений в части обеспечения требований стойкости к воздействию механических факторов, а также с целью оптимизации программ испытаний опытных и серийных образцов изделий.

     5 Требования к методу математического моделирования и виртуализации испытаний изделий на отсутствие резонансных частот в заданном диапазоне частот

5.1 Испытания на обнаружение резонансных частот должны проводиться с целью проверки способности изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах значений, указанных в стандартах и планах испытаний, в требуемом диапазоне частот с соответствующими перегрузками.

5.2 Метод испытаний должен позволять осуществлять поиск резонансных частот путем плавного изменения частоты при поддержании постоянного ускорения. Скорость изменения частоты при этом должна быть такой, чтобы обеспечить возможность обнаружения и регистрации резонансов, но не более чем октава в минуту (октавой считается диапазон частот, у которого отношение высшей частоты к низшей равно двум).

5.3 Моделирование и виртуальные испытания изделий должны проводиться исключительно с помощью программного обеспечения, предназначенного для моделирования изделий на воздействие гармонической вибрации.

5.4 Требования к 3D-модели изделия, созданной в CAD-системе

5.4.1 Устранение ошибок

1) Проверить всю модель на пересечения деталей друг относительно друга - пересечений деталей быть не должно.

2) Склеить детали относительно друг друга.

3) Не допускать вариантов, когда одна деталь касается другой по линии или точке (поверхностью касания двух деталей является линия или точка), т.е. одна деталь должна касаться другой по некой поверхности с какой-либо площадью.

5.4.2 Упрощение

1) Убрать все крепежные детали, все винты.

2) Убрать фаски, лыски, мелкие скругления с радиусом менее 2 мм.

3) Поверхности сложной формы - мелкие оребрения крупных поверхностей сделать гладкими.

4) Если в модели есть шестигранники (в сечении детали шестигранник), скруглить грани шестигранника радиусом скругления 1 мм.

5) После проведения перечисленных упрощений удалить все отверстия всех деталей, кроме крепежных отверстий изделия.

6) Сохранить модель в формате STEP (IGES) как твердотельную.

5.5 Требования к параметрам материалов изделия

5.5.1 Должны быть в наличии следующие физико-механические параметры материалов изделия:

- плотность;

- модуль упругости;

- коэффициент Пуассона.

5.5.2 При отсутствии физико-механических параметров материалов изделия, указанных в 5.5.1, их необходимо получить путем идентификации.

5.6 Требования к параметрам амортизаторов

5.6.1 Должны быть в наличии следующие параметры амортизаторов, применяемых в изделиях:

- коэффициент жесткости по оси X;

- коэффициент жесткости по оси Y;

- коэффициент жесткости по оси Z.

5.6.2 При отсутствии параметров амортизаторов, указанных в 5.6.1, их необходимо получить путем идентификации.

5.7 Требования к методикам идентификации физико-механических параметров материалов изделий и параметров амортизаторов

5.7.1 Идентификация должна проводиться при гармонической вибрации. Критерий идентификации имеет вид