Владислав Куракин – математик-программист, НКК Машиностроение
Александр Почищалов – аналитик, НКК Машиностроение
Команда НКК Машиностроение рада сообщить уважаемому читателю портала о выходе версии САРУС+ Композиты 2.0! В этой статье мы расскажем о функциональных новинках и событиях вокруг одного из наших основных продуктов, а также поделимся некоторыми важными отличиями от других существующих мировых аналогов.
Поддержка толерантного моделирования
Геометрия современных изделий с высокой долей применения ПКМ, таких как летательные аппараты различного назначения, двигатели, космические аппараты, корпуса судов и др., состоит из поверхностей, содержащих грани двойной кривизны с высокими требованиями к гладкости сопряжений. Для обеспечения целостности геометрического описания таких поверхностей современные геометрические ядра тяжелого класса используют механизм толерантного моделирования. Часто аналитически точное решение геометрической задачи найти невозможно. В таких случаях решением становится результат, отличие которого от аналитического решения не превышает границ установленного допуска. Данный подход существенно расширяет возможности применения CAD системы, приводя к успеху там, где задачу невозможно решить аналитическими методами.
Однако, у каждого механизма есть своя цена. С точки зрения технологии суть заключается в том, что представление некоторых типов топологических элементов (для одного ядра это могут быть вершина и ребро, для другого – вершина, ребро и грань) необходимо хранить с учетом допуска и обеспечивать его корректное значение в каждой операции геометрического ядра. О том, как это происходит, лучше всего рассказать на примере.
Геометрическое местоположение слоя на поверхности укладки в САПР КМ традиционно описывается замкнутым контуром, построенным на основе кривых, лежащих на этой поверхности. Рассмотрим задачу составления части контура слоя из двух ребер и трех вершин по двум участкам кривых.
Построение части контура слоя из двух ребер и трех вершин (зеленым) по участкам кривых (синим)
Ребро E1 построено на кривой C1, а ребро E2 – на кривой C2. Вершины V1 и V2 построены на крайних точках кривых C1 и C2, тогда как вершина V должна быть построена сразу на двух близлежащих, т.е. в общем случае не совпадающих, крайних точках тех же кривых. Механизм толерантного моделирования позволяет сопоставить данной вершине любую из двух предложенных точек или даже третью точку, расположенную между ними.
Подход толерантного моделирования позволяет определить вершину V не как совпадающую с выбранной точкой, а как находящуюся внутри сферы с центром в выбранной точке и радиусом, равным допуску. Таким образом, вершина V обеспечивает связность построенной части контура слоя. Что касается допусков вершин V1 и V2, то они могут быть заданы равными допускам соответствующих им ребер.
Далее, рассмотрим реализацию несложной на первый взгляд функции построения контура слоя с учетом того факта, что согласно принципам толерантного моделирования кривые на поверхности могут не принадлежать поверхности в пределах допуска. В таком случае первым делом они должны быть спроецированы на поверхность и объединены в контур слоя, сохранив при этом точность представления.
Результат проекции кривых
На видах (а) изображено представление вершин, обеспечивающих связность контура, однако, как можно заметить на видах (б), результат выполнения проекций потерял связность. Эту проблему можно решить продлением кривых на поверхности до точки пересечения в одном случае и их обрезкой в другом случае так, как показано на видах (в). Однако, для этого необходимо разработать дополнительные функции «Обрезка кривой по пересечению» и «Продление кривой по поверхности».
Как видно из примера, алгоритм стал существенно более сложным по сравнению с алгоритмом базовой функции (в примере – построение контура без учета допусков). Применение толерантного моделирования также напрямую связано с повышенными требованиями к культуре разработки, проявляющимися в необходимости учитывать допуска топологий в каждой геометрической операции. При некорректном соблюдении подхода распространены топологические ошибки, препятствующие отработке сценариев в соответствии с бизнес-требованиями. Однако без решения вопросов толерантного моделирования настоящий продукт тяжелого класса создать просто невозможно.
Геометрическое ядро, лежащее в основе САРУС+ Композиты, на архитектурном уровне предлагает разработчику пользоваться подходом толерантного моделирования, что является безусловным преимуществом перед другими отечественными ядрами. Главной новинкой САРУС+ Композиты 2.0 стала полноценная поддержка механизма толерантного моделирования для всех композитных функций. Механизм позволяет осуществлять стабильную и производительную работу как с геометрией, созданной в САРУС+, так и импортированной из известных западных CAD систем тяжелого класса, широко распространенных в отечественном наукоемком машиностроении до 2022 г. Это подтверждается успешными результатами тестирования САРУС+ Композиты на моделях сложных изделий ведущих российских предприятий авиации, космоса и судостроения, изначально разрабатываемых в западных CAD системах. Таким образом, при внедрении продукта предприятие имеет возможность существенно повысить эффективность автоматизации процессов разработки и модернизации конструкций из ПКМ, не теряя времени на переработку задела, создававшегося в течение последних десятилетий.
Расчет жесткостных характеристик
Одной из ключевых задач при разработке композитного изделия является определение характеристик оптимального композитного пакета. Изменяя последовательность и ориентации волокон в различных слоях, конструктор может достичь требуемого баланса между жёсткостью и массой конструкции.
На начальных этапах проектирования для выполнения подобных расчетов используется классическая ламинатная теория, которая дает возможность получить информацию о механическом поведении пакета и сравнить различные варианты укладки. Главным преимуществом такого подхода является то, что для определения этих характеристик не требуется задавать внешние нагрузки и граничные условия.
При этом фактические характеристики пакета после укладки слоев на криволинейной оснастке зачастую могут отличаться от изначально заданных конструктором. Основной причиной подобных отличий является деформация материала при укладке, при этом изменяются фактические углы армирования.
Фактические углы при укладке на а) плоскую и б) криволинейную поверхность
Без учета подобных эффектов конструктору приходится повышать коэффициенты запаса, что приводит к увеличению массы конструкции.
САРУС+ Композиты 2.0 позволяет выполнять расчет жесткостных характеристик в заданной пользователем точке, причем делает это с учетом фактических характеристик пакета.
Пример отображения жесткостных характеристик
Таким образом, конструктор получает возможность мгновенно оценить ключевые механические параметры пакета без запуска полноценного конечно-элементного анализа в произвольной точке модели, например в критических зонах: у концентраторов напряжений, вырезов или в зонах сопряжений.
Стоит отметить, что данный функционал на протяжении длительного времени востребован известными российскими авиационными конструкторскими бюро и был добавлен в САРУС+ Композиты по просьбе и с непосредственным участием экспертов одного из них. Расчет жесткостных характеристик является уникальным функционалом для класса ПО САПР КМ и не реализован ни в одном из мировых аналогов. Связано это в первую очередь с разницей в подходах к проектированию: отечественных конструкторов всегда было меньше, поэтому для разработки конкурентноспособной продукции каждый из них вынужден выполнять значительно более широкий круг задач, нежели конструктор на западе. Расчет жесткостных характеристик расширяет инструментарий конструктора и – мы в этом абсолютно уверены – будет востребован многими российскими предприятиями.
Экспорт в Composite HDF5
Следующим важным шагом при расчете эффективных свойств композитной конструкции в САРУС+ Композиты 2.0 стала реализация полноценного экспорта укладки в формате Composite HDF5.
Формат Composite HDF5 широко используется для передачи композитных данных между различными специализированными САПР. В частности, он стал признанным стандартом передачи данных между САПР КМ (например, Fibersim, CPD) и препроцессорами CAE-систем (Ansys ACP, Simcenter Laminate Composites, PAM-RTM и др.).
При экспорте в Composite HDF5 из САРУС+ Композиты передается на расчет не только укладка с последовательностью, формой и параметрами слоев, но и поля векторов фактических углов армирования каждого слоя, рассчитанных при моделировании драпировки.
Поскольку композиционные материалы чувствительны к изменениям углов армирования в укладке, подобная функция обеспечивает повышенное качество результатов инженерного анализа пакета и особенно важна при расчете наиболее сложных сценариев: деламинации, трещин в матрице, коробления, пропитки связующим для инфузии и т.д.
Пример передачи углов армирования с учетом драпировки: а) драпировка, выполненная в модели САРУС+ Композиты; б) КЭ модель в одном из западных CAE решений, визуализация переданных векторов основы/утка материала в каждом конечном элементе
Полноценная поддержка экспорта в Composite HDF5 с учетом углов армирования позволяет выполнять анализ именно той конструкции, которая будет изготовлена.
Обзор событий
За прошедший период с момента анонса предыдущей версии САРУС+ Композиты команда НКК Машиностроение приняла участие в нескольких знаковых мероприятиях, посвященных теме композитов. Расскажем о некоторых из них.
В Санкт-Петербурге 19–20 марта 2026 года прошла всероссийская отраслевая конференция «АВИАЦИФРА 2026». Мероприятие, посвящённое ключевым цифровым трендам и инновациям в авиастроении, объединило ведущих профильных специалистов со всей страны. Одним из центральных событий форума стала совместная презентация ООО «ТопС Бизнес Интегратор» и Опытно-конструкторского бюро Микояна (ОКБ Микояна), посвящённая результатам внедрения сквозного цифрового процесса проектирования и технологической подготовки производства композитных изделий.
Внутренняя обшивка: укладка, поперечное сечение
Внутренняя обшивка: деление слоя -45° по ширине материала и точки для лазерной проекции
В рамках доклада были продемонстрированы практические результаты работ, выполненных на базе отечественного программного обеспечения САРУС+ Композиты. В качестве пилотных примеров использовались реальные изделия ОКБ Микояна, что позволило наглядно оценить эффективность решения в условиях действующего производства.
Как подчеркнул Заместитель Главного конструктора ОКБ Микояна по автоматизации проектирования и управления конфигурацией изделия, Антонов Илья Михайлович, потребность авиационной отрасли в надёжном российском инструменте для работы с композитами сегодня как никогда высока. Верификация функционала САРУС+ Композиты на соответствие мировым стандартам (в частности, сравнение с Fibersim) подтверждает высокий уровень зрелости отечественного ПО. Внедрение системы позволит реализовать сквозной процесс послойного проектирования, что обеспечивает бесшовную передачу данных между конструкторским и технологическим этапами. Это не только минимизирует риски ошибок, но и значительно ускоряет цикл создания новых деталей, а также позволяет предприятиям авиационной промышленности переходить на российские решения без потери качества и производительности, обеспечивая независимость от зарубежных вендоров.
«Авиационная отрасль России сегодня остро нуждается в надёжном отечественном инструменте для подготовки производства композитных изделий. САРУС+ Композиты автоматизирует работу конструкторов и технологов, сокращая сроки выпуска готового изделия. Верификация с Fibersim позволяет полностью доверять этому ПО. Отечественные цифровые решения готовы к решению самых сложных задач по проектированию и производству современных композитных конструкций», — отметил эксперт.
9 апреля 2026 года состоялся научно-практический семинар, организованный и проведенный НЦВ Миль и Камов. На семинаре выступили компании-производители ПО, материалов, оборудования, а также инжиниринговые фирмы, в т.ч. НКК Машиностроение и НЕВА Технолоджи.
С 22 по 24 апреля 2026 года в рамках выставки Композит-Экспо НКК Машиностроение совместно с компанией НЕВА Технолоджи продемонстрировали сквозной процесс выкладки композитной преформы винта БПЛА. Расчет винта на прочность провели специалисты компании ИНУМиТ, конструкторско-технологическая подготовка, в том числе передача данных на лазерный проектор МАЯК в прямом формате, доступном в версии 2.0, полностью проведена в САРУС+ Композиты специалистами НКК, материалы для демонстрации раскроя и выкладки предоставила российская компания-производитель ИТЕКМА. Партнерство НКК и ИТЕКМА позволило верифицировать заданные свойства отечественных материалов и осуществить полноценную подготовку данных для выкладки. Начиная с версии 2.0 свойства всех материалов компании ИТЕКМА, представленных на российском рынке, доступны в коммерческой поставке САРУС+ Композиты.
Материалы ИТЕКМА при создании слоя в САРУС+ Композиты
Заключение
Мы рады тому, что функционал нашего продукта продолжает получать высокие оценки профильных экспертов авиационной и космической промышленности, первые коммерческие версии ПО успешно применяются ведущими предприятиями-производителями композитных изделий, а наши мероприятия приобрели характер настоящих дискуссионных площадок, в рамках которых удается не только строить длинные кооперационные цепочки, но и оперативно решать множество рабочих вопросов, в обычной жизни требующих времени и одновременного присутствия нескольких сторон. С нетерпением ждем новых встреч с Вами!
Напомним, что все анонсы мероприятий и новости о САРУС+ доступны на сайте sarusplus.ru. Здесь же вы можете оставить заявку на тестирование и приобретение ПО.