Введение к работе
Актуальность работ. Характерной чертой развития современного производства является совершенствование технологий. Этот процесс базируется не только на поиске и внедрении принципиально новых технологических решений, но и на использовании новейших информационных технологий на всех этапах создания передовых технологий для промышленности. Практика показывает, что в первую очередь тесное взаимодействий современных информационных и промышленных технологий обеспечивает продвижение вперед в сфере производства. Эти тенденции в полной мере могут быть отнесены и к области промышленного нагрева материалов. ..-.'
В настоящее время заметно вырос интерес проектировщиков и конструкторов электротермического оборудования и специалистов по эксплуатации этих установок на производствах в , инструментальных средствах, реализованных на персональных компьютерах (ПК) класса IBM re и позволяющих эффективно решать широкий комплекс задач по улучшению показателей процессов электронагрева. К настоящему времени ПК прочно стремится:занять место в составе автоматизирован-ного рабочего места (АРМ) спрциалиста-проектировщика и. все шире используется непосредственно на производстве, для.= решения, задач управления процессами нагрева. Одной из основных составляющих ЛРМ являются проблемно-ориентированные программные комплексы, позволяющие решать некоторый круг задач w определенной предметной области. В частности, в области численного моделирования применительно к технологиям нагрева материалов среди большого перечня задач можно выделить наиболее актуальные:
проведение предпроектных исследований с целью определения наиболее эффективных конструктивных решений; ,,
поиск оптимальных управляющих воздействий на основе, вычислительного эксперимента;
решение задач идентификации теплофизических параметров исследуемого объекта.
Другая, не менее важная предпосылка для создания инструментальных средств для исследования процессов нагрева заключается в большом количестве научных работ, посвященных моделированию и решению задач управления процессами нагрева и появившихся г. печати за сравнительно короткий период времени. Основные направления
- 4 - "
исследований в этой области были очерчены в работах А. Г. Бутковс-кого, М.Е.Коломейцевой, В.С.Немкова, Э.Я.Рапопорта, Е.П.Чубарова. В то же время., рассмотрению объектов, характеризующихся сложной теплофизической,.структурой (ГФС). в известных работах уделено недостаточно внимания.,,,; В .диссертационной работе сделана попытка „устранить . имеющиеся, .пррб,елы и расширить класс исследуемых объектов, дополнив его объектами сложной ТвС, имеющих также сложную .геометрическуюг „форму. ,іРЬ учетом того, что вопросы моделирования объектов такого класса не .достаточно проработаны, решение научных и практических вопросов в этом направлении представляется актуальной задачей. .„ . . -,-,.-...,.
Цель работы заключается в .решении задач цифрового моделирования класса нелинейных объектов теплопроводности, характеризующихся сложной ТФС, и разработки пакетов программ, ориентированных на широкое применение в .САПР и АСНИ на базе ПК.
, Основные задачи, поставленные для достижения указанной цели, можно сформулировать в .следующих положениях:
v - получение математического описания класса нелинейных объ-..... ...ек^ор...теплопроводности,, со сложной ТФС и распределенными
,, теплоисточниками;, . ..,,,,....,-..проведение анализа, программных комплексов с целью выбора
методов построения моделей и формулирования основных требо-, :. ваний к создаваемым, программным средствам;' , „. -, разработка цифровых, моделей (ЦМ), моделирующих краевые за-.;;-.- :, дачи г;теплопроврднрсти с учетом теплофизической неоднород- ...;-. ности объекта в, области, с произвольными геометрическими параметрами; ,;.,...:.-. разработка проблемно-ориентированных программных пакетов, г предназначенных для.решения на ПК задач численного моделирования и оптимизации режимов в рассматриваемых объектах; ., ,- исследование характеристик моделей, разработанных на осно- . ве метода конечных элементов (МКЭ) и метода конечных раз-. ,. . НОСТЄЙ (МКР),; , , .,..-...
- апробация разработанных ЦМ и программных средств для , исследования;.характера распределения температуры в процессах индукционной технологии и получение.рекомендаций по. выбору параметров и режимов нагрева. Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе
- & -
используются аналитические и численные методы исследования:
получение математического описания 'исследуемых- объектов основано на методах теории теплопроводности; "
ИМ исследуемого класса объектов реализованы' на базе методов'теории разностных схем и теории'МКЭ';;''"'
Проверка основных теоретических положений осуществлена' путем моделирования на ПК. Эффективность разработанных алгоритмов и моделей подтверждается результатами1 экспериментальных исследований на этапе их практического использований. ': ' ' ' " "' '
Ш^ШМиРМШШ^Р^0^ определяется' комплексным решением задачи моделирования для класса объектов со сложной ТФО и віІутрен-ними игточниками нагрева и постоит в' следующем: '
получено математическое описание' исследуемого класса объектов нагрева; '' ''"' " ' :
получено аналитическое решение для нормированной функции пространственного распределения'[ источников нагрева в двухслойной цилиндрической системе;'' '
на основе МКЭ и МКР разработаны оригинальные алгоритмы, позволяющие повысить эффективность использования РЫЧИСЛИ: тельных ресурсов компьютера и усовершенствовать диалог конечного пользователя с ЦМ при существенном усложнении объекта моделирования;
предложена структура организации и' 'межмодульных связей программных комплексов для исследований объектов' нагрева рассматриваемого класса, позволяющих1 расширить его Функциональные возможности и улучшить общение 'конечного' пользователя. '
Практическая полезность работ. 1 Разработанные' программные комплексы могут быть использованы как для широкого' класса неподвижных объектов нагрева, так и для некоторых других объектов с распределенными параметрами. Полученные в работе результаты позволили решить ряд практических задач:
результаты исследований пространственного распределения температуры в изделии при нагреве его в электропроводном контейнере были использораны для проектирования индукционного нагревателя сложной конструкции;
- результаты исследований, связанные с пространственным
распределением источников нагрева по глубине тигля были
\
рекомендованы при, разработке индукционной соляной ванны с улучшенными показателями; - исследования по пространственной ориентации нагревательных плит и лопатки газотурбинного двигателя относительно штампа были 'использованы при отработке технологии изотермической штамповки*;' . _'. Реализация основных результатов работ осуществлена путем передачи к. использованию разработанных проблемно-ориентированных пакетов программ в Поволжском научно-исследовательском институте материаловедения и технологии двигателестроения (НИИМТД). Результаты внедрения подтверждены документально актом, копия которого представлена в диссертации. ,
Лпрооация работы состоит в том, что основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:
на П Всесоюзной конференции "Перспективные методы планирования и анализ экспериментов при исследовании случайных полей и процессов", г. Севастополь-, октябрь, 1985 г.;
на XI Всесоюзной научно-технической конференции "Применение токов высокой частоты в электротехнологии", г.Ленинград,сентябрь, 1991 г.;
на научных семинарах кафедры прикладной математики Душанбинского государственного университета.
Публикации. По : материалам диссертации опубликовано 3 печатных работы, одна работа находится в печати, а также выпущено 2 отчета по НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения , 4 глав, заключения и приложения, изложенных на 2CV страницах машинописного, текста, содержащего ЪБ рисунков и 14 таблиц.
