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
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Андрианов Алексей Игоревич. Автоматизация процесса приготовления смеси компонентов электропроводного бетона с оптимизацией по электрофизическим характеристикам : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06.- Москва, 2003.- 222 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3304-5

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПОДБОРА СОСТАВА
ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ 10

1.1. Электрические свойства бетона 11

  1. Основные характеристики электропроводного бетона (бетэла) 15

  2. Структура бетэла 17

  3. Электрические свойства заполнителя бетэла 20

  4. Электрические свойства цементного камня 24

  5. Свойства контактной зоны 25

1.2. Анализ существующих методов подбора состава электропроводных
композитных материалов
28

  1. Экспериментальные методы 28

  2. Механические модели 29

  3. Математические модели 37

1.3. Существующие методы подбора состава электропроводного бетона 41

Электропроводность двухфазных статистических смесей равна... 42

1.4. Выводы 51

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО БЕТОНА 53

  1. Анализ методов расчета электрических полей 54

  2. Математическое моделирование структуры бетэла методом случайных упаковок 56

  1. Алгоритм моделирования структуры электропроводного бетона.. 58

  2. Результаты моделирования 70

2.3. Математическая модель электрофизических характеристик
электропроводного бетона
76

2.3.1 Основы теорий «эффективной среды» и «просачивания» 76

2.3.2. Математическая модель электропроводности композитных
материалов 85

2.4. Моделирование электрофизических характеристик
электропроводного бетона
105

2.4.1 Погрешность определения подбора состава 112

2.4.2 Результаты моделирования электрофизических характеристик
электропроводного бетона 112

  1. Сопоставление экспериментальных данных с данными, полученными при моделировании 118

  2. Выводы 121

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ ОСНОВ ДОЗИРОВАНИЯ
КОМПОНЕНТОВ СМЕСИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО
БЕТОНА С ЗАДАННЫМИ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМИ
ХАРАКТЕРИСТИКАМИ 123

  1. Выбор математических основ для дозирования компонентов смеси при получения электропроводного бетона с заданными электрофизическими свойствами 123

  2. Метод проектирования состава электропроводного бетона 127

  3. Выводы 130

4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ДОЗИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ СМЕСИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ЭЛЕКТРОПРОВОДНОГО БЕТОНА 132

  1. Обзор методов дозирования многокомпонентных смесей 132

  2. Использование метода связанного дозирования для производства электропроводного бетона 132

  3. Техническая реализация дозирования компонентов электропроводного бетона 140

  4. Экспериментальная проверка разработанной системы управления связанным многокомпонентным дозированием 149

  5. Выводы 154

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ 162

ЛИТЕРАТУРА 164

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Описание программы «CSModel».

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Листинг исполняемого модуля программы «CSModel».

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Описание программы «Управление дозированием».

Введение к работе:

Потребность в разработке и освоении новых материалов для строительства гражданских и промышленных сооружений координирует направления ведения исследовательских работ во многих областях науки. Качественные изменения в технологии производства бетонных смесей и получения бетонов с заданными свойствами является основным звеном, обеспечивающим прогресс в строительном производстве.

В настоящее время потребности строительного производства требуют оптимизации макроструктур бетонов на основе оптимизации составов бетонных смесей с использованием новых физических принципов и возможностей современной компьютерной техники.

Бетоны относятся к числу сложных конгломератных систем как по составу и качеству сырьевых материалов, микро- и макроструктуре, так и по условиям эксплуатации. Управление качественными показателями бетона относится к трудным технологическим проблемам. К настоящему времени накоплен огромный фактический материал по изучению свойств, методов приготовления, укладки, отвердения бетонной смеси и эксплуатационных характеристик бетонов, различных марок [29, 30, 31, 32, 33, 34, 58, 59, 63, 97, 114, 121, 122, 125, 126, 129, 132, 133, 137, 141, 156]. С учетом перспективности бетона как строительного материала, на протяжении последних нескольких десятков лет, наряду с исследованиями, направленными на улучшение эксплуатационных и технологических свойств бетонов различного назначения, во всех странах широким фронтом ведутся научные исследования по расширению пределов их использования в поисках оптимального решения конструктивных и специальных задач [5, 7, 8, 17, 165, 166, 120].

5 Исследованиям электрических свойств бетона в нашей стране и за

рубежом посвящено достаточно большое количество работ [5, 8, 16, 17, 43, 45,

46, 50, 51, 75, 90, 93, 105, 120, 165, 166]. Подробно рассмотрены

электрофизические свойства составляющих бетонной смеси, приведены

способы их измерения и стабилизации, исходя из условий использования

(электроизолирующие и электропроводные свойства).

В числе бетонов особое место занимают электропроводные бетоны, которые представляют собой композитные материалы на основе цементной связки, способные пропускать электрический ток заданного значения. Электропроводные бетоны применяются для обогрева жилых и производственных помещений, путем пропускания через них электрического тока, в качестве мощных электрических сопротивлений для электростанций, а также могут использоваться для экранирования помещений от проникновения в них электромагнитных излучений или предотвращения распространения электромагнитной волны из помещения.

Предпосылками для выделения бетонов с заданными электрическими свойствами в отдельный класс электротехнических материалов явилась многолетняя работа по изучению возможностей использования не только их конструктивных, но и электрических свойств. Попытки использовать и направленно изменять электрические свойства бетона известны с 30-х годов в нашей стране и во Франции, а позднее - в Англии, Финляндии, Японии и других странах. Однако, они не сопровождались систематическими исследованиями конечных электрических свойств бетона во взаимосвязи с другими свойствами, особенностями состава и технологии. [165, 120, 118]

В настоящее время расчет электрофизических характеристик электропроводного бетона осуществляется полуэмпирическими методами, которые основаны на статистической обработке экспериментальных данных. Это не позволяет использовать полученные зависимости в случае изменения характеристик заполнителя и цементной связки, а требует длительных и дорогостоящих экспериментальных исследований для набора статистики в

каждом конкретном случае. Известные методы моделирования характеристик композитных материалов длительны и трудоемки и основываются в основном на физических моделях, которые не позволяют в полной мере отразить вероятностно-геометрические принципы построения структуры композитных материалов, к которым относится электропроводный бетон, и ее трехмерность [47, 49].

Таким образом, актуальной задачей является разработка метода, позволяющего с достаточной быстротой и точностью проектировать состав электропроводного бетона. Развитие средств аппаратного и программного компьютерного обеспечения позволяет в настоящее время осуществлять полномасштабное моделирование структуры неоднородных систем с использованием ЭВМ.

История математического моделирования свойств композитных материалов с применением вычислительной техники насчитывает уже более 40 лет [47, 48, 49]. На протяжении всего этого времени сложность задач (представительность моделей) определялась возможностями ЭЦВМ и программного обеспечения. Очевидно, что с появлением все более быстродействующих компьютеров и более совершенного программного обеспечения расширяются возможности моделирования.

В настоящей работе развивается новое направление в исследовании различных структурных и электрофизических характеристик композитных материалов - компьютерное материаловедение, т.е. использование компьютеров в комплексе с методами математического моделирования для анализа и расчета состава материалов.

Цель работы. Разработка системы автоматизации технологического процесса приготовления смеси компонентов для производства электропроводного бетона с заданными электрофизическими свойствами, включающей расчет состава бетонной смеси исходя из электрофизических свойств ее компонентов и автоматизацию процесса дозирования, позволяющего минимизировать погрешность выдерживания рецептуры смеси.

7 К защите представляются:

Методика и математическая модель для анализа изменения критической концентрации заполнителя в зависимости от гранулометрического состава с использованием теорий «эффективной среды» и «просачивания».

Математическая модель для изучения влияния электрофизических свойств компонентов электропроводного бетона на электрофизические свойства готового материала.

Методика оперативного определения концентрации заполнителя соответствующей электропроводности и гранулометрического состава для получения электропроводного бетона с заданными значениями объемного сопротивления.

Адаптированное к использованию на производстве, программное обеспечение для определения необходимой объемной концентрации заполнителя электропроводного бетона в зависимости от его гранулометрического состава для обеспечения заданной электропроводности материала.

Комплексная система автоматизации процесса дозирования компонентов электропроводного бетона на основе теории связанного многокомпонентного дозирования.

Методы исследования. В работе использовались экспериментальные и аналитические исследования, а также имитационное моделирование на компьютере с использованием специально разработанной математической модели. Для получения коэффициентов уравнений регрессий при анализе экспериментальных данных применялась интегрированная среда Mathcad 2000 Pro. Для разработки программного обеспечения использовалась среда программирования Borland Delphi, решения по управлению базами данных Paradox и системы генерирования случайных чисел фирмы Microsoft Научная новизна работы заключается в следующем:

- Разработана математическая модель для анализа зависимости изменения
критической концентрации от гранулометрического состава с использованием

8
теорий «эффективной среды», «просачивания» и метода

«противопоставлений»;

Найдена взаимосвязь между критической концентрацией и диапазонами вариаций гранулометрического состава заполнителя;

Предложен метод определения основного критического индекса теории «просачивания» - критической концентрации, позволяющий расширить область применения теории «просачивания» при исследовании двухкомпонентных композитных материалов.

Предложена система автоматизации процесса дозирования компонентов бетонной смеси с использованием метода связанного многокомпонентного дозирования, позволяющая повысить качество получаемого материала.

Практическая значимость работы заключается в разработке аппаратного и программного комплексов, позволяющих автоматизировать процесс оперативного расчета состава электропроводного бетона и уставок весодозирующего оборудования исходя из требований к электропроводности готового материала и электрофизических свойств его компонентов, и оптимизировать процесс дозирования компонентов электропроводного бетона с минимизацией погрешностей на основе метода многокомпонентного связного дозирования.

Реализация результатов работы. Разработанная автоматизированная система и математическая модель подбора состава электропроводного бетона и приготовления бетонной смеси апробированы в РНЦ "Курчатовский институт".

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 42 семинаре Российской академии наук (отделение ИВТА) «Измерения, испытания и автоматизация в строительстве в условиях быстрого развития микроэлектроники и компьютерной техники» 23 и 24 марта 2003 г.

Разработанная автоматизированная система подбора

гранулометрического состава композитных материалов используется в

9 «Институте контроля неразрушающих материалов» Фраунгоферского общества (Германия).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 научных труда.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех

Подобные работы
Илюхин Андрей Владимирович
Автоматизация технологического процесса приготовления компонентов радиопоглощающего бетона с оптимизацией по электрофизическим характеристикам электропроводной фазы
Кальгин Александр Анатольевич
Автоматизация технологических процессов приготовления асфальтобетонных смесей
Махер Авди Абдуллах Альравашда
Автоматизация производственного процесса управления промышленным приготовлением и расфасовкой сыпучих смесей в строительстве
Багаева Мадина Эдуардовна
Исследование и разработка системы оптимального управления процессами приготовления смеси сухих компонентов и тонкого сухого помола в электродном производстве
Ивахненко Андрей Михайлович
Научные основы комплексной автоматизации и моделирования характеристик технологических процессов в системе контроля качества продукции промышленного производства
Рябуха Владимир Иванович
Автоматизация процессов параметрического синтеза и оценки функциональных характеристик электрических машин
Ефремова Татьяна Александровна
Автоматизация процесса приготовления эмульсий на базе электрогидравлического преобразователя импульсного действия для технологического оборудования
Аймалетдинов Фянис Фяридович
Автоматизация технологического процесса приготовления составов композитов для производства строительных фильтрующих материалов
Камакин Александр Николаевич
Адаптивное управление процессом приготовления смесей на примере шинного производства
Гаврилова Татьяна Ивановна
Моделирование и оптимизация характеристик управляемости водоизмещающих судов

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