ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПОВЕДЕНИЯ ИНФРАСТРУКТУРЫ
Предупреждение и предотвращение разрушений инфраструктуры
ТЕКУЩИЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Окружающая нас инфраструктура создана преимущественно в 50-70 годах XX века - с её устареванием заметно повышаются риски эксплуатации. Увеличивает их и то, что в инженерно-технической сфере наблюдается нехватка высококвалифицированных специалистов.
Цифровое моделирование разрушения инфраструктуры позволяет в несколько раз повысить надежность, безопасность и эффективность эксплуатации
В результате работ будут выявлены вероятные место и время разрушения каждого элемента инфраструктуры — и будет составлена оптимальная программа использования и ремонта
ВИДЫ МОДЕЛИРУЕМОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ
Технология применяется для создания цифровых двойников жизненного цикла зданий и сооружений: их рабочих нагрузок, конструкции, материалов и условий эксплуатации.
Уникальной особенностью является потоковая обработка большого объёма сведений — использование технологии на крупнейшей инфраструктуре мира показало высокий результат.
Технология позволяет снизить аварийность и удельные затраты на владение инфраструктурой от 2-х до 10 раз.
НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ
Технология предназначена для осуществления мониторинга, оценки, анализа, прогноза и программирования состояния инфраструктуры

ВНИМАНИЕ К ДЕТАЛЯМ
Поэлементная детализация цифрового двойника учитывает отдельные конструктивные элементы, их соединения , а также условия их эксплуатации. Это позволяет добиться высокой точности в выявлении мест и времени разрушения на основе отклонений фактических значений от теоретических показателей прочности и долговечности.

ИНТЕГРАЦИЯ ЗНАНИЙ В ОДНУ ЦИФРУ - СРОК ДО РАЗРУШЕНИЯ
Содержание цифрового двойника обогащается потоками данных: контроля линейных и угловых ускорений испытываемых конструкцией по ранее изученным дефектам и сведениям по осуществленным мероприятиям рабочим постоянным и переменным нагрузкам состоянию окружающей среды

ДАННЫЕ
Цифровой двойник обогащается потоками данных:Постоянная и переменная эксплуатационная нагрузкаРанее известные дефекты и принятые мерыКонтроль линейного и углового ускорения

РАННЕЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
Цифровой двойник позволяет выявлять и предупреждать возникновение аварийных и/или "узких" мест, снижающих надежность, безопасность конкретного объекта инфраструктуры на всех стадиях жизненного цикла.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ
01Сбор и оцифровка документации на инфраструктуру
02Выполнение приборных измерений в контрольных точках
03Расчёты прочности и долговечности элементов инфраструктуры
04Отчёт о местах и времени отказа. 7D-модель
Результатом сбора и оцифровки документации является цифровой журнал элементов и их конструктивных связей.
Электронный журнал представляет собою простую электронную таблицу в формате MS Excel, с хорошей читаемостью, редактируемостью и готовностью к дальнейшей машинной обработке.
СБОР И ОЦИФРОВКА ДОКУМЕНТАЦИИ
Перевод в электронную форму
Бумажные схемы
Исходной информацией может служить проектная документация, сохранившаяся только на бумажном носителе. Часто это типовые проекты конструкции.
Перевод в стандартный формат
Электронные схемы
Предварительный анализ и построение математическое модель "идеальной" конструкции. Оценка предполагаемых нагрузок и напряжений, отклонения от которых при фактических измерениях будут сообщать полезную информацию о несоответствии проектного и фактического состояния объекта (незаконные нарушения целостности трубы, повреждения и пр.).
Оцифровка дефектов мероприятий
Журналы эксплуатации
Технология не является только лишь методом дефектоскопии. Ее назначение - интегрировать данные об элементах конструкции и прошлых/существующих дефектах в единую модель, имеющую множество применений: от ранжирования рисков по степени опасности до снижения удельных затрат на эксплуатацию
Выбор места измерений
Точки контроля
Для определения фактического состояния элементов конструкции используются приборы, фиксирующие линейные и угловые перемещения. Сведения о фактических перемещениях собираются выборочно в контрольных точках конструкции (в разветвлениях). В дельнейшим от этих точек будут восстановлены перемещения всех элементов конструкции.
Разбиение для расчета
Схема конструкции
В случае сложных разветвленных конструкций для ускорения расчетов может быть использовано разделение на несколько участков. Данное разделение не нарушает целостности оценки поведения всей конструкции в целом.
Визуализация элементов
Первичная 3D-модель
Один из результатов оцифровки конструкции - ее первичная визуализация. Для этих целей разработана специальная программа. Ее отличительная особенность среди программ BIM-моделирования - открытая и документированная спецификация модели (файла с табличными данными) цифрового двойника конструкции объекта, а также учет соединений и дефектов.
РАСЧЕТЫ ПРОЧНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ
Основная часть работы состоит в интеграции результатов измерений и структурных схем в постоянно-действующую математическую модель объекта (цифровой двойник), целевая функция которой - определение места и времени разрушения каждого из элементов конструкции
Финальный отчет
По-элементное представление оценки физического износа, сроков проведения и видов диагностики и ремонта.
Расчет амплитудно-частотных характеристик контрольных точек
По результатам приборных измерений восстанавливаются спектры перемещений и углов поворота контрольных точек. Алгоритмы цифровой обработки сигналов:преобразование Лапласа, методы спектрального анализа (Б.Голд, Ч.Рейдер, Р.Лайонс,Л.М. Гольденберг, А.Б. Сергиенко и др. )
Распределение перемещений, углов поворота, вращающих моментов и сил по длине
Алгоритмы расчета балок на упругом основании, адаптированные для конструкции.(А.Н. Крылов, В.И. Феодосьев, Ю.Н. Работнов и др. )
Расчет напряженно-деформированного состояния
Классические и современные алгоритмы расчета напряженно-деформированного состояния с учетом концентрации напряжений (В.И. Феодосьев,Ю.Н. Работнов, труды кафедр технологии сварки ЛПИ,МГТУ им. Н. Э. Баумана, ЧПИ,ИЭС им. Е. О. Патона и др. )
Расчет интенсивностей отказов
Используется метод локальных напряжений – инженерная теория прочности и долговечности
Расчет предельных сроков эксплуатации до ремонта
Интегрирование частоты и цикличности напряжений
ФИНАЛЬНЫЙ ОТЧЕТ И 7D-МОДЕЛЬ
Результатом работ является интерактивный отчет с заключениеми цифровой двойник объекта в форме открытого табличного файла, содержащего динамические характеристики конструкции, а также специального просмотрщика для его визуализации.
СТРУКТУРА ФИНАЛЬНОГО ОТЧЕТА И ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Вводная часть
Включает основания и предмет оценки разрушения. Цель работ. Фактические этапы работ. Сведения по исходным данным.

Сведения по измерениям
Время и места проведения измерений. Подтверждающие документы.

Схема объекта
Пространственная модель. Поэлементный журнал. Статистика по видам элементов.

Порядок расчетов
Разделение на расчетные участки. Порядок и результаты расчета.

Выводы
Оценка интенсивности отказов. Физического износа и темпа старения. Предельных сроков ремонта. Ранжирование элементов по степени опасности (аварийности).

Рекомендации
Выводы о причинах отказов элементов конструкции. Виды целесообразных мероприятий по эксплуатации. Программа эксплуатации и ремонтов.
Примеры визуализации цифровых двойников инфраструктуры
Пояснение 4D-модели технологического трубопровода
Тонкая линия — проектное положение трубопровода. Толстая линия — фактическая вибрация. Серыми полосками отмечены крепления. Жёлтыми точками — места выполненных измерений. Серыми линиями — опоры.
Мы приглашаем к сотрудничеству всех, кто заинтересован в повышении надёжности и безопасности инфраструктуры