Введение к работе
Актуальность работы. Уровень прошшлешюго развития ча современном этапе характеризуется не только объемом производства и ассортиментом зилускаеноі! продукции, но и показателями ее качества. Это целиком относится к к такой отрасли, пак производство синтетических нитей. По данным Европейской организации по контроля качества примерно 102 национального продукта любой развитой страны теряется из-за его низкого качества.
Контроль качества синтетических нитей - разносторонняя задача. Контроль должен состоять в определении состава нитей, их геонетрических характеристик, разрывных и деформационных характеристик и других механических свойств, среди которых следует назвать упругие и демпфируюцие показатели.
Существует арсенал средств контроля свойств синтетических нитей и определения их качественных показателей с применением косвенных методов, поскольку некоторые прямые методы не удовлетворяют требованиям оперативности контроля. Необходима разработка методов и средств, позволлвцих резать задачу контроля не-посредствнно в ходе технологического процесса или в ходе его оперативного контрольного сопровождения. Перспективным следует считать применение в этот области ультразвуковых подходов, обеспечивающих одновременно неповреядаеность объекта вследствие малости анплитуды колебаний нити и достижения достаточно сильного воздействия на элемент измерявших средств, что достигается применением высокочастотных сигналов.
По данным литературных материалов, известные' в данной области работы ориентированы на определение времени задержки в распространении сигнала по нити, декремента затухания и амплитуды первого полупериода. Стоит вопрос об использовании для целей диагносирования задачи анализа полной картины развития переходных колебательных процессов под влиянием акустического импульса.
В настоящей работе реиается первоочередная задача изложенной проблемы, выполняемая с учетом инетересов создания систем автоматизации различного назначения, обеспечивавших технологи-
ческу» подготовку производства и сопровождение технологий.
О б Iі; а я цель заботи состоит в оценке возможности оперативного диагностирования механических свойств синтетических нитей ультразвуковими методами с формированием основ методологического обеспечении составных частей обслуживающих систем ЛСУЇП, главным образом таких их составных частей, как математическое. алгоритмическое и программное обеспечения.
Для достижения общей цели в диссертации ставились следующие конкретные задачи основного и сопутствующего содержания.
L Осуществить выбор класса синтетических нитей, на примере которых будет осуяеетвляться конкретизация цели работы, с ориентацией в этом хлассе на гетероцег.нме синетические нити.
-
Провести предварительно изучение упругих ультразвуковых колебаний нитей с цельв установления их практической неизменяемости при повторних испытаниях, как одной :;г предпосылок реаае-мости задачи.
-
Проилдвстрирозать конкретними расчетами и графиками браімент прямой схема теоретической опорной бази г.анг.пх (Ї0БД) . для показа значимого влияния параметров математической модели объекта (входные параметри прямой схеми) на характеристики процессов колебаний нити.
-
Лля подтвеоздемиг. на экспериментальном упозне чупстви-телиности ультразвукових показателей кодебателыюго процесса нити к изменении ее cBcfciii. а такхе для показа pc'JotociiocoCho-сти, с точки зрения диагностирования, созданной обобщенной подели реальной нити, провести закличительный эксперимент для образцов анидной пити (29,0 текс) и СЕЛ (29,4 текс) при различных уроьнях влахности и натяжения, а для образцов арное (100.0 текс; и терлон 1172,0 текс) при разных температурах термообработки.
Ь. ІІ качестве общего подхода Сюрмирования целей работч использовать экспериментально-теоретическое моделирование поведения нити при ультразвуковой возбуждении, при этом:
- и части экспериментирования, исследования проводить из лайовгігоспої": ультразвуковой установке, ииейвдй на йаэе L два
ультразвуковых датчика - излучатель внсокочастотных колебаний и приемник;
учитывать, что кв'ивые колебаний нити, которые вослвинн-иаются поиемником колебаний (экспериментальные наблюдаемые функции), иіїеют слохнуп форму, и требуется их идентификация в целях раскрытия составляющих, содержащихся в процессе, их формы и ординатной картини, ориентируясь в теоретических исследованиях на ведущую роль поперечных возбуждаемых колебаний;
первоначальные исследования проводить для неподвижной нити, а затем показать на теоретической уровне возможности их обобщения на случай движения нити.
6. Для выполнения теоретических исследований воспользо
ваться известным уравнением математической физики для идеаль
ной нити (т.е. однородной, абсолютно гибкой и абсолютно неупру
гой х формам колебаний), которое затем дополнить для перехода
к нелинейному уравнении реальной нити введением слагаемых, учитываыцих проявление упругих и демпфирующих свойств нити.
7. Ориентируясь на уравнения идеальной и реальной нити
осуществить адаптацию и применение классических аналитических
методов определения динамики нити применительно к задаче диаг
ностирования ее свойств, при этом:
применить, как адаптированный, метод Фурье (метод разделения переменных) и показать необходимость разработки специальных подходов к построении изучаемых процессов:
дать развитие и адаптации рекуррентной хонечно-разност- . ной схемы решения уравнения идеальной нити по методу Д'Алаыбе-ра, имея в виду три цели: запись в удобной аналитической форме законов измнения координаты U поперечных колебаний нити; оценку целесообразности использовать принятые в работе граничные условия; получение исходнпх данных для выполнения в последувщеы расчетов численными методами.
8. На основе реаения по методу Д'Аламбера получить для
уравнений реальной нити аналитические зависимости ее динамики
с применением методов малого параметра и разделения переменных, с последуюцим анализом результатов для приближения теоретических кривых к реальным, и получить предварительную информацию о
воамохности использовать для диагностирования кривые, соответ-твуюцне коротким интервалам tn .
9. Для обеспечения возмохности рассматривать в перспективе колебательные процессы для нитей с переменными по длине свойствами, реализовать первий этап обобщения численних методов на математические модели динамики нити, записанное в частных производных, для случая двумерного поля входных переменных.
Методы исследования. Поставленные задачи решались методами экспериментально-теоретического моделирования, основанными на классических методах решения дифференциальных уравнений - методе Фурье и методе Д'Аламбера, с использованием для последнего адаптированной рекуррентной конечно-разностной схемы его применения, и на применении метода малого параметра Пуанкаре и разделения переменных при рассмотрении установившихся колебаний нити. Экспериментальные исследования проводились на экспериментальных ультразвуковых лабораторных установках УП1-4И и УК-10ПКС.
Научная новизна заключается і следующем.
-
На основе эксперименталню-теортекческих исследований раскрыта возможность оперативного диагностирования свойств синтетических нитей (линейной плотности, модуля упругости и коэффициента демпфирования).
-
В порядке подготовки информационного обеспечения задач диагноза предложено осуществлять по обратной схеме формирование теоретических опорных баз данных (ТОПД), экспериментальных опорных баз данных (ЭОБД) и эксплуатационных баз данных (ЭСД). которые являются линейными. Последовательность формирования баз данных отражает цепочка: ТОБД ЭОБД ЭБД, в которой последующая база данных создается иа основе информации предыдудей с ее уточнением и дополнением.
-
Разработано методологическое обеспечение формирования ТОБД, которое следует рассматривать как основу формирования математического, программного и информационного обеспечения соответствующих подсистем АСУТП, АСТПП и АСНИЭ.
-
На основании теоретических исследований раскрыто содержание слохной формы полученной экспериментально наблюдаемой
функции; при этом:
в работе использован вариант «одели реальной нити, который получен за счет совершенствования модели идеальной нити, введением нелинейных членов, учптываюцих упругие свойства нити, и линейных членов, учитывающих ее демпфирующие свойства:
осуществлены развитие и адаптация рекуррентной конечно-разностной схемы решения уравнения идеальной нити по методу Д'Аламбера. с внходои затем на получение результатов реальной нити для установившихся колебаний;
показано, что в форме экспериментальной наблюдаемой функции имеет место пачковая форма колебание. Причем в двух вариантах: длинноинтервальная пачковая форма и короткоинтервальная пачковая форма. Каждая из длиннокнтервалышх форм характеризуется своей амплитудой, которая меняется скачкообразно при переходе от одной длинноинтеввалыюй 60DUII к другой. Кроме того, в ппоцессе возникает колебания двойной частоты относительно частоты возбуждения и смешения в іооме колебаний по вертикали:
получены после обработки экспериментальных кривых ультразвуковые показатели, значимость которых была подтверждена тем. что они реагируют на изменение свойств нити. Эксперименты были проведены при изменении влажности и виполнении термообработки образцов нитей.
0. В численном интегрировании применены подходи, ориентированные на ревенио задачи Коан для обыкновенних дифференциальных уравнений, которая била обобцена на начально-граничные задачи для уравнений в частных производных, и при использовании метода последовательно-побуждапцей связки уравнений и оптимизационного метода задания формы решения дана реализация первого этапа данных подходов.
Практическая ценность работы:
разработано программное обеспечение для расчетов по прямей схеме выходных ультразвуковых показателей теоретической опорной бази даннмх (ТО БД) для диагностирования свойств синтетических нитей (линейной плотности, модуля упругости и коэффициента демпфирования):
реализована рекуррентная конечно-разностная схема репе-
ния уравнений идеальной нити с формированием программного обеспечения определения наблюдаемой функции:
- разработано программное обеспечение для выполнения численного интегрирования колебаний нити по первому этапу реализации методов последоватсдьно-побухдавцей связки уравнений и оптимизационного метода задания ''орны резенил.
Научные результати получены в процессе выполнения научно-исследовательских тем 30/83-52 "Изучение дефориационних свойств технических нитей в процессе получения с цельв оценки их качества" и "Разряженные диагностические (идентифицирувцие) базы данных, отличающиеся повышенной многомерностью по числу переменных. Разработка структури (оифр "Dt;J!L$-PS0-I")*. 1993 г.
Разработанные в настоящей диссертационной работе иетоды и алгоритмы используется в специальных курсах при подготовке ин-хеиеров для текстильной и легкой промышленности.
Апробация работы. Основные результаті, диссертационной работы был» доложены и получили положительную оценку: на научно-технической конференции студентов и молодых ученых Благовепен-ского политехнического института (иарт 1992 г.): на научно-технической конференции "Совершенствование оборудования для производства химических нитей и волокон", НПО "Хичтекстильмаи", г. Чернигов (октябрь 1992 г.): на сеепубликанской научно-технической конбеоенини "Пути спвррглрнг.тиоилния тр*нплогий и оборудования вля переработки льняних, хяоякозих и химических ВОЛОКОН 5 льняной отрасли прониаленности (1.ен-92)". г.Костреца (октябрь 1992 г.); на заседании кафедры автоматизации производственных процессов (АПП) СПГУТЛ (ноябрь 1993 г.): на совместном заседании кафедры АПП и кафедры материаловедения СШ'УТД (ивнь 1994 г.): на П Всероссийском семинаре "Спектральные методы обработки информации в биологических исследованиях". г.Пуциио (июль I9S4 г..
Публикации. По теие диссертации опубликовано "? работ.
Структура и объем работы. .Диссертация состоит из введения. 4 глав, выводов, изложенных на !63 страницах мааинописного текста. В работе имеется Б таблиц. '.'4 рис»нка. список литературы, вклячакций 109 наименований и прилогеїпія.
