Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
СТЕПЕНИ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ ПОЛИМЕРОВ 9
-
Постановка задачи моделирования 9
-
Структурная идентификация 34
-
Параметрическая идентификация 35
-
Теоретические предпосылки математического моделирования акустического измерения степени кристалличности полимеров 37
-
Цели и задачи исследования 45
Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ СТЕПЕНИ
КРИСТАЛЛИЧНОСТИ КАУЧУКОВ 46
2.1 Применение принципа суперпозиции релаксационных
процессов в частично закристаллизованном полимере 46
-
Структурная идентификация математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков 50
-
Выводы 60
Глава 3. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ
СТЕПЕНИ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ КАУЧУКОВ 61
-
Техника и методика экспериментальных исследований 61
-
Обработка экспериментальных данных 67
-
Параметрическая идентификация модели 70
-
Исследование свойств разработанной математической модели 75
3.5 Выводы 94
Глава 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ СТЕПЕНИ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ
КАУЧУКОВ В СИСЕМЕ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ
УПРАВЛЕНИИ ПРОЦЕССОМ ДЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ 95
4.1. Описание процесса декристаллизации каучуков 95
4.2 Определение времени декристаллизации брикета каучука 101
-
Постановка и метод решения краевой задачи с фазовым переходом 102
-
Методика определения времени декристаллизации брикета каучука 110
-
Пример определения времени декристаллизации брикета каучука 110
-
Программная реализация математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков 121
-
Применение математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков в контуре системы управления процессом декристаллизации 129
-
Методика определения степени кристалличности образца каучука.. 134
-
Пример расчета экономического эффекта промышленного применения математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков 137
-
Выводы 140
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 141
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 143
ПРИЛОЖЕНИЯ 154
Введение к работе
Актуальность темы. Математическое моделирование косвенных измерений степени кристалличности полимеров необходимо для обеспечения новых оперативных способов ее контроля. Модели лабораторных измерений не могут использоваться при промышленном контроле степени кристалличности из-за трудоемкости и длительности измерений. Новые разрабатываемые модели косвенных измерений должны быть адекватны и точны, как модели лабораторных измерений, и одновременно обеспечивать оперативность контроля степени кристалличности в промышленных условиях. В связи с этим актуальной является задача исследования адекватности, точности, тесноты связи входных и выходных переменных новой математической модели косвенного оперативного измерения степени кристалличности.
Предлагаемая математическая модель косвенного измерения является основой оперативного промышленного метода контроля степени кристалличности, применение которого на подготовительных стадиях декристаллизации исходного сырья в шинной промышленности позволяет разработать систему поддержки принятия решений при управлении процессом декристаллизации. Данная система предоставляет лицу, принимающему решение, рекомендуемое значение времени декристаллизации брикетов поступающего каучука с различной степенью кристалличности, определенное на основе математической модели процесса декристаллизации. При установке рекомендуемого значения времени декристаллизации в качестве длительности процесса предотвращается возможный перерасход энергоносителей или брак резиносмешения.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка и исследование математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков, обеспечивающей оперативность и точность
5 контроля степени кристалличности в составе системы поддержки принятия решений при управлении процессом декристаллизации каучуков. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи: анализ современного состояния вопросов математического моделирования косвенных измерений степени кристалличности полимеров; выбор структуры математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков на основе теоретических предпосылок акустических измерений свойств полимеров; - исследование тесноты связи входных и выходных переменных математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности на основе экспериментальных данных о степени кристалличности и акустических свойствах каучуков; - параметрическая идентификация математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков; - исследование адекватности математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков; исследование точности математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков; разработка методики оценки времени декристаллизации брикета частично закристаллизованного каучука для системы поддержки принятия решения при управлении процессом декристаллизации на основе программной реализации математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности и математической модели процесса декристаллизации каучуков.
Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы основывались на использовании теорий математической статистики, вычислительной математики, а также феноменологической релаксационной теории акустических свойств полимеров и молекулярной акустике.
Научная новизна работы.
1. Разработана математическая модель косвенного измерения степени кристалличности каучуков, отличительной особенностью которой является то, что входными переменными модели являются акустические свойства исследуемого материала.
2. Разработана методика оценки времени декристаллизации брикета, отличительной особенностью которой является совместное использование разработанной математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков и математической модели процесса декристаллизации.
Практическая значимость. Разработана и исследована математическая модель ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков, позволившая синтезировать методику оценки времени декристаллизации брикета каучука.
Полученные на основе математического моделирования программные комплексы и методики, осуществляющие расчет степени кристалличности и оценку времени декристаллизации брикета каучука, могут быть рекомендованы для использования в качестве математического, алгоритмического и программного обеспечения:
1) систем контроля степени кристалличности эластомеров и систем поддержки принятия решений в системах управления процессом декристаллизации на промышленных предприятиях; лабораторных научных исследований; учебного процесса.
На ОАО «Шинный комплекс «АМТЕЛ-Черноземье» проведена успешная апробация полученной модели, программ и методик, обеспечивающих оперативный контроль степени кристалличности и определение времени декристаллизации брикетов сырьевых каучуков.
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертационной работы доложены на региональная конференции студентов и учащихся
7 «Шаг в будущее», отраслевой конференции по метрологии и автоматизации в нефтехимической и пищевой промышленности в 2003 году (г. Воронеж), а также на отчетных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА в 2002 - 2005 годах.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе 1 статья в журнале «Каучук и резина», I тезисы в сборнике трудов региональной конференции студентов и учащихся «Шаг в будущее», 1 статья в сборнике трудов отраслевых конференций по метрологии и автоматизации в нефтехимической и пищевой промышленности, 4 статьи и 1 тезисы в сборниках трудов научных конференций профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА. Осуществлена регистрация программного обеспечения метода ультразвукового контроля степени кристалличности каучуков в Государственном фонде алгоритмов и программ в г. Москва (регистрационный номер № 50200500925 от 21.06.05).
Содержание диссертационной работы.
Работа состоит из введения, четырех глав с выводами, основных выводов и результатов работы, библиографического списка и приложений.
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, определена научная новизна работы и практическая значимость, дана краткая аннотация работы по главам.
В первой главе рассматривается современное состояние вопросов математического моделирования косвенных измерений степени кристалличности. Поставлена задача моделирования и показана малопригодность в шинном производстве существующих методов контроля степени кристалличности полимеров. Проанализированы аспекты структурной и параметрической идентификации моделей косвенных измерений степени кристалличности. Показаны теоретические предпосылки математической моделирования акустического контроля степени кристалличности каучуков. Сформулирована цель работы и поставлены задачи исследования.
Во второй главе дано теоретическое обоснование математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков при использовании принципа суперпозиции релаксационных процессов в частично закристаллизованном полимере. Проведена структурная идентификация математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков.
В третьей главе показаны результаты экспериментального исследования связи акустических свойств натурального (марки SVR3), синтетического (марки СКИ-3), хлоропренового (марки Ваургеп) каучуков со степенью кристалличности. Осуществлена параметрическая идентификация математических моделей для указанных марок каучуков и исследованы свойства моделей.
В четвертой главе рассмотрено использование разработанной модели в системе поддержки принятия решений при управлении процессом декристаллизации. Дано описание процесса декристаллизации каучуков и разработана методика определения времени декристаллизации брикета каучука на основе измеренных акустических свойств каучука, разработанной математической модели ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков и математической модели процесса декристаллизации. Представлена программная реализация предложенной математической модели и показан вариант ее использования в контуре системы управления процессом декристаллизации. Приведен пример расчета экономического эффекта промышленного применения математической модели . ультразвукового измерения степени кристалличности каучуков.
