Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Дмитриев Андрей Олегович. Информационно-измерительная система для определения реологических характеристик связующих при горячем прессовании композитов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.16 Тамбов, 2005 179 с. РГБ ОД, 61:06-5/228

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 5

ВВЕДЕНИЕ 7

1. ОБЗОР ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОТВЕРЖДЕНИЯ
КОМПОЗИТОВ 14

  1. Информационно-измерительные системы. Понятия и основы 14

  2. Полимерные композиционные материалы. Применение, структура и технология производства 18

  3. Методы и установки для исследования реологических характеристик композитов при отверждении 22

  4. Постановка задачи 26

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ 28

  1. Основные этапы разработки ИИС 28

  2. Разработка математической модели процесса отверждения при горячем прессовании изделий из композитов 30

  3. Разработка математической модели процесса отверждения композитов при экспериментальном исследовании 36

  4. Разработка метода определения реологических характеристик связующего при экспериментальном исследовании 41

  5. Разработка алгоритма численного решения уравнений математической модели процесса отверждения изделий из композитов при горячем прессовании 47

  1. Алгоритм численного решения уравнения теплопроводности с внутренними источниками тепла и изменением толщины 48

  2. Алгоритм численного решения дифференциального уравнения кинетики 53

  3. Алгоритм численного решения дифференциального уравнения течения связующего вдоль волокон наполнителя при горячем прессовании изделия 56

  4. Алгоритм реализации численного решения системы уравнений теплопроводности, кинетики и течения связующего 58

  5. Исследование точности численного решения краевой задачи

теплопроводности 61

2.5.6. Исследование точности численного решения дифференциальных

уравнений кинетики и течения связующего 63

2.6. Разработка алгоритма расчёта реологических характеристик
связующего при экспериментальном исследовании 65

  1. Методика численной обработки экспериментальных данных 65

  2. Алгоритм расчёта реологических характеристик связующего

при экспериментальном исследовании 68

2.6.3. Алгоритм численной реализации метода определения
реологических характеристик связующего при
экспериментальном исследовании 71

2.7. Выводы 74

3. АРХИТЕКТУРА ИИС И ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ЭКСГШРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 75

3.1. Структура построения ИИС 75

  1. Обоснование состава и назначение основных компонент ИИС .... 75

  2. Аппаратно-техническое обеспечение ИИС 79

3.2. Программное обеспечение ИИС 87

  1. Информационное и организационное обеспечение ИИС 87

  2. Построение пользовательского интерфейса и прикладного программного обеспечения ИИС 93

  3. Функционирование комплекса аппаратных и программных средств ИИС 103

3.3. Построение модуля имитационное моделирования ИИС 105

  1. Структура алгоритмического и программного обеспечения модуля имитационного моделирования 105

  2. Имитационные исследования по определению условий проведения эксперимента 114

3.4. Выводы 121

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И
МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ИИС 122

4.1. Применение ИИС для исследования реологических

характеристик связующего при горячем прессовании 122

  1. Методика подготовки образцов для исследования 122

  2. Методика экспериментального исследования 124

  3. Методика обработки экспериментальных данных в ИИС 129

4.1.4. Экспериментальное исследование реологических

характеристик связующих при горячем прессовании 132

  1. Метрологическая оценка характеристик ИИС 141

  2. Выводы 145

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 146

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 148

ПРИЛОЖЕНИЕ 160

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Листинг программы расчёта реологических

характеристик 161

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Данные экспериментов 168

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Рассчитанные реологические характеристики 171

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Свидетельства об официальной регистрации

программ для ЭВМ 172

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Акты внедрения результатов диссертационной
работы 176

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

В - коэффициент формы зазоров между слоями волокон наполнителя;

С — объемная теплоемкость, Дж/(м3-К);

Е — энергия активации отверждения, Дж/моль;

ц- энергия активации вязкого течения, Дж/моль;

F усилие прессования, Н;

/ - начальное распределение температуры, К;

h - толщина одного слоя связующего, м;

L - толщина изделия, м;

I толщина зазора, м;

М-масса, кг;

п - количество слоев препрега в изделии;

q - тепловой поток, Вт/м ;

Qn- полный тепловой эффект, Дж/м3;

R - универсальная газовая постоянная, Дж/(моль'К);

S - площадь образца, м ;

t - время, с;

Т - температура, К;

U - напряжение нагревателя, В;

W мощность тепловыделений, Вт/м3;

х - пространственная координата, м;

Y - длина изделия, м;

Z - ширина изделия, м;

Р - степень отверждения;

у - содержание связующего в препреге;

ф - кинетическая функция отверждения, 1/с;

X теплопроводность, Вт/(м'К);

]x - динамическая вязкость связующего, Пах;

- структурная составляющая вязкости связующего при отверждении, Па*с;

р - плотность, кг/м ;

w - средняя скорость течения связующего в зазоре, м/с;

\ - коэффициент гидравлического трения;

АО - аппаратное обеспечение;

ИД - измеритель давления;

ИС - информационная система;

ИИС - информационно-измерительная система;

ИНМ - идентификационный номер материала.

ИТ - измеритель толщины;

МО - математическое обеспечение;

ОЗТ - обратная задача теплопроводности;

ПИП - первичный измерительный преобразователь;

ПК - персональный компьютер;

ПКМ - полимерный композиционный материал;

ПО - программное обеспечение;

ТФХ - теплофизические характеристики.

Введение к работе:

Актуальность темы. Полимерные композиты на основе термореактивных связующих в настоящее время являются одними из наиболее перспективных конструкционных материалов. Сочетание уникальных свойств полимерных композиционных материалов (ПКМ): малая объемная масса, высокие прочностные характеристики, низкая теплопроводность - обеспечили их широкое применение в авиационной, космической, автомобильной, судостроительной, химической и других отраслях современного производства. Необходимым условием высокого качества изделий из ПКМ является оптимальный технологический процесс их получения, спроектировать который возможно только на основе методов математического моделирования и современных информационных технологий. Это обстоятельство предъявляет повышенные требования к полноте и точности определения параметров математических моделей процесса отверждения ПКМ.

До недавнего времени при расчете температурно-временного режима отверждения ПКМ в математической модели учитывали только процессы теплоперено-са и химической кинетики. При горячем прессовании ПКМ под технологическим давлением имеет место также течение связующего, которое существенно влияет на температурно-временной режим отверждения. Поэтому актуальным является разработка метода и измерительного устройства для определения реологических характеристик связующего в среде наполнителя в процессе отверждения ПКМ.

Реологические характеристики связующего, к которым относятся энергия активации вязкого течения, структурная составляющая вязкости и собственно динамическая вязкость существенно зависят от температуры и степени отверждения. Для исследования сложных зависимостей характеристик процесса отверждения полимерных композиционных материалов необходимо использовать специальные методы, основанные на переработке большого объема экспериментальной информации, сбор которой без автоматизации эксперимента, дальнейшей численной обработки и систематизации данных невозможен. Поэтому для экспериментального исследования реологических характеристик связующих возникает необходимость построения информационно-измерительной системы (ИИС), как комплекса аппаратных средств, математического, алгоритмического, программного, информационного и организационного обеспечения.

Предмет исследований. Метод и информационно-измерительная система для определения реологических характеристик связующего при горячем прессовании композитов; математическое, алгоритмическое, программное, информационное и аппаратное обеспечение ИИС; структура и алгоритмы обработки экспериментальных данных; методика и условия проведения экспериментальных исследований; метрологический анализ ИИС; реологические характеристики связующего при отверждении ПКМ.

Цель работы. Разработка информационно-измерительной системы для определения реологических характеристик связующего при горячем прессовании композитов, позволяющей в автоматическом режиме проводить все операции,

связанные с экспериментальным исследованный » расчетом характеристик ПКМ.

Г И»С НАЦИОНАЛЬНАЯ 1

БИБЛИОТЕКА ' ,

*- » **

Для достижения поставленной цели необходимо:

разработать метод определения реологических характеристик связующих при горячем отверждении композитов в условиях, близких к производственным;

разработать аппаратные средства ИИС на базе персонального компьютера для определения реологических характеристик связующего при отверждении ПКМ;

разработать алгоритмическое и программное обеспечение ИИС исследования процесса течения связующих при отверждении композитов;

разработать комплекс программ для численного моделирования температурных и конверсионных полей при отверждении изделий из композитов при горячем прессовании с учетом течения связующего;

проверить работоспособность ИИС путем экспериментального исследования реологических характеристик связующих при отверждении различных типов композитов.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы решения уравнений математической физики, методы теплофизических и реологических измерений, численные методы, теоретические основы информатики, электроники, вычислительной техники и измерительных систем.

Научная новизна. Предложены основные этапы разработки ИИС исследования процесса отверждения композитов, позволяющие выработать рациональный подход к построению системы.

На основе построенной математической модели процесса отверждения композитов при экспериментальном исследовании, учитывающей течение связующего под давлением, разработан метод определения реологических характеристик связующего при отверждении ПКМ, составляющий ядро математического обеспечения ИИС.

Предложена структура обеспечивающих подсистем ИИС исследования процесса отверждения композитов, учитывающая особенности исследуемого объекта.

Разработано алгоритмическое обеспечение ИИС, предназначенное для численного моделирования и исследования процесса течения связующего на основе предложенной математической модели и метода определения реологических характеристик при отверждении ПКМ.

С помощью имитационного моделирования исследованы и определены условия проведения экспериментов в ИИС. Разработана методика экспериментального исследования в ИИС с уточнением условий проведения эксперимента с помощью имитационного моделирования, позволяющая определять реологические характеристики с минимально возможной погрешностью, составляющей 6и= 7 % и 6^= 9 %.

Практическая значимость. Разработана и создана ИИС для определения реологических характеристик связующих при отверждении композитов.

Разработан пользовательский интерфейс и прикладное программное обеспечение ИИС.

2 '-' .'-.3

* а** « *

Разработана структура и наполнена информацией база данных характеристик ПКМ различных типов.

Разработан комплекс программ для численного моделирования температурных и конверсионных полей при отверждении изделий из композитов при горячем прессовании с учетом течения связующего.

Разработана методика обработки экспериментальных данных в ИИС.

С применением ИИС экспериментально исследованы реологические характеристики связующих при отверждении композитов различных типов.

Реализация работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных работ автора нашли применение в:

ФГУП «ВИАМ», г. Москва при расчете и отработке режимов отверждения изделий из ПКМ;

ОАО «АРТИ-завод», г. Тамбов при математическом моделировании и расчете процесса вулканизации резинотехнических изделий;

учебном процессе на кафедре «Автоматизированные системы и приборы» ТТТУ.

На отдельные программные продукты получены свидетельства о регистрации (список приведен в перечне публикаций).

Апробация. Основные положения диссертации докладывались на IV Международной теплофизической школе (Тамбов, 2001), VIII Научной конференции ТГТУ (Тамбов, 2003), Школе-семинаре молодых ученых по метрологии и сертификации (Тамбов, 2003), IV Международной конференции молодых ученых и студентов. (Самара, 2003), Международной конференции «Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов» (Москва, 2003), IX-й научной конференции (Тамбов, 2004), XXIV ежегодной международной конференции и выставке по композиционным материалам (Ялта, 2004), V Международной теплофизической школе (Тамбов, 2004), X научной конференции (Тамбов, 2005), Международной конференции «Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов» (Москва, 2005).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, приложения. Основная часть диссертации изложена на 159 страницах машинописного текста. Работа содержит 37 рисунков, 12 таблиц.

Подобные работы
Слепцов Тимофей Владимирович
Повышение эффективности информационно-измерительных систем определения технических характеристик автоматизированных электроприводов
Лихошерст Владимир Владимирович
Микромеханические приборы информационно-измерительных систем определения параметров движения с улучшенными характеристиками
Толокнова Анна Николаевна
Донная информационно-измерительная система определения способности водоёмов к самоочищению
Хромов Николай Павлович
Информационно-измерительная система определения параметров гололедно-ветровых ситуаций
Гостев Сергей Сергеевич
Способ и измерительно-диагностическая система определения магниточувствительности пациента
Чекотило Елена Юрьевна
Параметрическая оптимизация информационно-измерительной системы определения параметров движения изображения подстилающей поверхности
Мухин Василий Михайлович
Оптическая информационно-измерительная система определения составляющих сложных перемещений подвижных объектов
Заботин Иван Николаевич
Стереоскопическая информационно-измерительная система определения параметров движущихся объектов
Пустовит Алексей Павлович
Информационно-измерительная система для определения теплофизических свойств твердых материалов
Алимбеков Азат Лиерович
Информационно-измерительная система для определения параметров движения объектов с применением алгоритмических способов повышения их точности

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net