авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Создание информационной системы контроля и прогнозирования сохраняемости объектов со структурной неоднородностью

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БЕЛЯЕВ Константин Петрович

Создание информационной системы контроля и прогнозирования сохраняемости объектов со структурной неоднородностью

Специальность 05.13.01 — «Системный анализ, управление и обработка информации (информационные и технические системы)»

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание учёной степени
доктора технических наук

Краснодар – 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Ключко Владимир Игнатьевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Плахотнюк Александр Николаевич;

доктор технических наук, профессор

Локтионова Оксана Геннадьевна;

доктор технических наук, профессор

Крупенин Александр Владимирович.

Ведущая организация: Кубанский государственный университет

Защита состоится «29» июня 2011 года в 14.00 на заседании
диссертационного совета Д 212.100.04 в Кубанском государственном
технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар,
ул. Московская, 2, ауд. Г-251

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского
государственного технологического университета.

Автореферат разослан «___» ____________ 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук, доцент А.В. Власенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важной проблемой технологического развития современного общества является практика использования и внедрения ресурсосберегающих технологий. Большее значение получают технологии создания новых материалов, обладающих направленными свойствами и особенностями. Кроме человеческого фактора, который сопутствует происхождению повреждений и катастроф различного масштаба в технических системах, имеется фактор недостаточного анализа, отсутствия информации о ресурсе, прогноза состояния технических компонентов механизмов или деталей, которые должны обладать основными свойствами надежности. Для некоторых элементов сложных систем справедливо проводить исследования индивидуально, оставляя осредненный анализ из-за его ограниченности и неточности. Происходит пересмотр установившихся теорий и создание новых подходов к поставленным задачам. Характерные примеры таких представлений имеют место в классических теориях прочности и разрушений, в которых основой являются однопараметрические критерии разрушения (Кi, d, COD, J-интеграл). Такой подход оправдал себя для хорошо изученных материалов и простых условий нагружения на уровнях макро-масштаба. Развитие новых представлений в исследованиях связано с появлением новых материалов и технологий их изготовления. Основой новых представлений о прочности является концепция системного подхода, которая была предложена академиком С.Н. Паниным в физической мезомеханике. Ее дальнейшее развитие получено в работах С.Г. Псахье, О.Б. Наймарка, Г.И. Шемякина, и др., которое послужили развитию физики, механики, медицины, биологии. Такой подход получил применение в связи с использованием наноматериалов и нанотехнологий.



Изучением аспектов этой проблемы явился масштабный фактор поведения свойств объектов. Механические характеристики разрушения на разных масштабных уровнях ведут себя различно и не являются константами материалов, а зависят от многих факторов. Экспериментальные исследования по разрушению, проведенные на моделях меньшего масштаба, не соответствуют таким же моделям большего или еще меньшего масштаба с соблюдением пропорциональной геометрии. Понимание многомасштабных факторов эффектов разрушения произошло благодаря появлению новых экспериментальных методик, позволивших получить новые знания о поведении объектов. Построение моделей, включающих иерархию масштабных уровней в рамках сплошной среды, является новой и актуальной задачей системного анализа, механики, физики. Отсутствие цельной модели, охватывающей различные уровни самоорганизации, является актуальной задачей системного анализа и его приложений.

В работе настоящего исследования развиваются прогнозируемые модели деградации на одномасштабном уровне с помощью функции распределения изменения потенциальной энергии ресурса для одного объекта и построения функции распределения для k- объектов для представительного измерения. На основе системного подхода строится многомасштабная иерархическая дискретная система появления, перехода и исчезновения ресурса с помощью анализа потока. Выводится уравнение самоорганизации для объектов в виде дискретного и непрерывного состояния. Проводится исследование уравнения дискретного прогнозирования в рамках положительности стохастической матрицы переходов на различные уровни.

Анализ указывает на параллельность описания процессов эволюции неравновесной системы изменения ресурса для аналогичных задач биологических и экономических систем. Важным преимуществом в исследовании неравновесной системы этим методом является полученная информация о эволюции количества изменения ресурса на каждом масштабном уровне. Идентификация объектов и их мониторинг на каждом масштабном уровне является сложным, многогранным процессом, необходимым для безаварийного состояния системы.

Информация о поведении объектов на разных масштабных уровнях является важной для оценки надежности, долговечности и эксплуатационной способности конструкции, а также при конструировании новых материалов с использованием современных технологий. На данный момент практически отсутствуют системы поддержки принятия решения (СППР) для информационного обеспечения и предложения по оптимальному подбору материалов, имеющих дефекты, их контролю и прогнозированию.

Целью настоящей работы является развитие подхода к моделированию:

    • идентификации, прогнозирования и управления энергетическим ресурсом объектов как синергетической системы;
    • обеспечение надежного контроля и диагностики при создании объектов со структурной неоднородностью.

Объектом исследования выступают неоднородные структуры, находящиеся на разных масштабных уровнях, связанные между собой ресурсом сохраняемости при установившихся внутренних и внешних условиях.

Предметом исследования являются следующие задачи:

1. Разработка статистической модели изменения ресурса на разных масштабных уровнях изменяемости при установившихся условиях.

2. Создание феноменологической модели изменения ресурса на основе экспериментальных данных деформирования и деградации некоторых наноматериалов.

3. Построение математической модели синергетической системы и исследование ее в условиях масштабного фактора сохраняемости.

4. Проведение анализа и контроля некоторых неоднородных объектов и разработка математического метода решения задач со смешанными граничными условиями.

5. Определение оптимального множества состояний системы, в условиях установившихся условий путем управления физическими и геометрическими параметрами сопряженных элементов.

6. Разработка новой методики и программного обеспечения для прогнозирования остаточного ресурса объекта и его изменения, на основе колличественого критерия сохраняемости на разных масштабных уровнях

7. Сравнение результатов решений, выполненных различными методами.

Практическая значимость. Результаты работы имеют практическое значение для идентификации инородных тел и их контроля на границе. Предложенные теоретические модели положены в основу разработки программного обеспечения. Результаты, полученные в работе, имеют непосредственное отношение к проблеме определения ресурса неравновесной синергетической системы на разных масштабных уровнях при установившихся внешних условиях. Созданная информационная система позволяет оценивать запас ресурса с учетом изменений свойств объекта в процессе эксплуатации. Модифицированный метод разделения переменных существенно уменьшает вычислительные затраты при решении смешанных граничных задач. Кроме того, этот метод решения можно использовать в учебном процессе на спецкурсах.

На защиту выносятся следующие положения:

- анализ современного представления о изменении ресурса системы (материала, изделий);

- критерий предотвращения деградации на одномасштабном уровне в зависимости от вероятности количества используемого ресурса, построенный на ряде гипотез;

- исследование синергетических связанных систем в масштабном факторе сохраняемости;

- оптимальное множество структур сохранения объекта при возможных изменениях;

- метод сшивания геометрической сингулярности;

- исследование синергетической системы в структурных образованиях при установившихся условиях;

- сравнение результатов используемого метода решения с другим методом решения;

- исследование управления сохраняемости и достижимости системы, при установившихся условиях;

- идентификация интерфейса объекта и прогнозирование его ресурса;

- эффекты возрастания, убывания исследуемых параметров с межфазными неоднородностями при гармонических колебаниях.

Научная новизна работы заключается в разработке нового представления о эволюции синергетической системы, связанной вероятностным изменением ресурса на разных масштабных уровнях, которые позволили:

- предложить понятие масштабной сохраняемости – нового свойства состояния системы, обеспечивающего устойчивость функционирования системы в условиях установившихся воздействий в процессе эволюции;

- построить математическую модель связанной иерархически синергетической системы в дискретной и непрерывной области наблюдения;

- обобщить результаты традиционной теории прогнозирования разрушения и идентификации дефектов;

- модифицировать математический метод решения смешанных граничных задач с помощью сшивания неоднородностей на границе;

- прогнозировать рабочий ресурс объекта при установившихся условиях по вероятностному изменению его количества на каждом масштабном уровне;

- находить соотношения между физико-механическими параметрами для оптимальной работы склеенных материалов при наличии неоднородности на границе фаз;

- использовать оптический и акустический индентор для оценки ресурса объектов и создать автоматизированную систему контроля и анализа изделий.

Практическая реализация работы. Предложенные в диссертации результаты использованы на предприятиях ОАО КБ «Селена» г.Краснодар; ЗАО «ШИП 11-й» (машиностроительный завод) г. Москва; ООО «Транссервис» г. Новороссийск; в системах компьютерного моделирования интерфейсного анализа изделий.

Достоверность результатов и выводов обеспечивается

- выбором методики исследования на основе анализа полученных ранее известных результатов;

- применением апробированного математического аппарата при построении аналитических и численных решений;

- проведение сравнения с помощью переходов к известным решениям задач;

- сопоставлением полученных решений с результатами, полученными на практике.

Апробация работы. Материалы работы докладывались на семинаре «Молодых ученых» института механики (Киев, октябрь 1984-85), кафедре теории упругости Ленинградского Государственного университета (Ленинград,1985), республиканской научно-технической конференции «Электромагнитной совместимости» (Виница, 1987), региональной конференции «Волны в сплошных средах» (Краснодар, 1990), городской научно-практической конференции (Таганрог-Туапсе, 2002), Всероссийской научно-практической конференции «Образование в ХХI Веке: Проблемы, перспективы» (Ростов-Туапсе, 2003), научно-практической конференции «Computational Mechanics in Materials» (Ростов-Туапсе, 2004), городской научно-практической конференция «Особенности решения задач приоритетных национальных проектов в Туапсинском регионе» (Туапсе, 2006), ХV международной конференции “Высокие технологии в биологии, медицине и геоэкологии ” (Новороссийск, 2007.), ХVI международной конференции “Лазерные технологии в биологии, медицине и геоэкологии ” (Новороссийск, 2008.), ХVII международной конференции “Лазерные технологии в биологии, медицине и геоэкологии ” (Новороссийск, 2009.), ХVIII международной конференции “Лазерные технологии в биологии, медицине и геоэкологии ” (Новороссийск, 2010.)





Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы, содержит 15 рисунков, 2 таблицы, библиографический список из 176 наименований – всего 232 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулирована цель работы, перечислены новые результаты, раскрыта их практическая ценность, представлены положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.

В первой главе настоящего исследования проводится анализ существующих методик и математических методов определения сохранения неоднородных объектов, предложена прогнозируемая модель сохранения системы на одномасштабном уровне с помощью функции распределения изменения потенциальной энергии для одного ресурса и построения функции распределения для k- ресурсов, для представительного объема. На основе системного подхода строится многомасштабная, иерархическая дискретная система появления, перехода и исчезновения ресурса с помощью анализа потоков ресурсов. Выводится уравнение самоорганизации для ресурсов в виде дискретного и непрерывного состояния. Проводится исследование уравнения дискретного прогнозирования в рамках положительности стохастической матрицы переходов на различные уровни.

Система состоит из структур, которые находятся во взаимосвязи друг с другом; являются нелинейными; подвержены внутренним и внешним колебаниям; могут стать нестабильными; в них происходят качественные изменения и обнаруживаются эмер­джент­ные новые качества; возникают пространст­венные, временные, функциональные структуры, которые могут быть упорядоченными или хаотическими. Для них рассмотрен случай систематизации.

Решаются следующие задачи:

1. Разработана статистическая модель накопления ресурсов на разных масштабных уровнях сохраняемости при установившимся воздействии.

Для исследования изменений потенциальной энергии неравновесной системы – U, рассмотрим совокупность N локальных ресурсов, идентичных на данном структурном уровне действующих в течение определенного времени t. Допустим, что ожидаемое число ресурсов под действием внешних или внутренних условий изменили свое состояние за малое время dt, и их количество составило dt. Тогда общее число ожидаемых ресурсов составит N=n. Примем такие гипотезы:

1) Изменения ресурсов в двух непересекающихся интервалах времени являются независимыми;

2) Число изменившихся ресурсов за интервал (t1,t2) зависит только от его продолжительности;

3) Повторные изменения ресурсов на малом промежутке времени исключены.

Тогда процесс изменения количества ресурсов будет Пуассоновским. Это соответствует экспериментальным работам в этой области. И вероятность изменения К ресурсов в течении определенного времени dt=1 равна

(1.1)

Если S(x) – функция распределения изменения потенциальной энергии для одного ресурса, то математическое ожидание есть

(1.2)

Общее возможное изменение энергии n – ресурсов составит Un = nm. Если рассмотреть случай К- изменений ресурсов за определенный промежуток времени dt=1, то можно найти функцию распределения изменения потенциальной энергии для К – ресурсов. Путем использования гипотез и составления к-й свертки для S(x), имеем

. (1.3)

Умножая эти величины на соответствующие вероятности и суммируя, получим функцию распределения потенциальной энергии К – ресурсов

. (1.4)

2. Определена феноменологическая модель накопления ресурса в виде дефектов на основе экспериментальных данных деформирования и разрушения некоторых наноматериалов. Численные величины, используемые здесь, таковы:
1—S(х)=0.003еxp(-0,0002х)+0.330еxp(-0,005x)+0.667ехp(-0.015x); (1.5)
среднее 1=1,2547*102; 2=1,6659*105; 3=2,2024*1О9; 1=1,0492.
•103; 2=4,0815*102; 4=4,3891*1013; 2=1,5816*103 коэффициент
вариации=3,2530. Такой вид S (х) соответствует реальным условиям, ее средняя величина около 125,00 Кдж./см2 соответствует требованиям, поступившим на начало использования материала, а коэффициент вариации также типичен для практики.

3. Создана математическая модель синергетической системы объектов и исследована в условиях масштабного фактора сохраняемости при установившихся условиях. Уравнения такой модели могут быть кратко записаны в матричной форме, как n(t +T) = n(t){P +r(- w)}=n(t)Q, (1.6)

где n(t) матрица начального числа объектов, n(t +T) – ожидаемое число за период Т.

Матрица вероятностей переходов, управляющая перемеще­ниями в системе обозначена через Р={рij}, вектор вероятностей исчезновения w=(w1, w2, …. wk), количеством вновь появившихся, определяемым вектором-, вектором г=(r1, r2,….., rk), определяющим распределение появившихся объектов по классам с ограничением гi= 1.

Таким образом, если параметры модели известны, то ресурс сле­дующего периода (т. е. t+T) может быть найден по ресурсу текущего периода (t) путем простого перемножения матриц. Прогноз на сле­дующий период, M(n(t+T)), может быть затем использован в качестве основания для прогноза еще на один период вперед, если взять M(n(t + 2T)) =M( n(t+T))Q (1.7)

(мы не можем писать п(t+T) в правой части, так как эта величина не известна за период Т; поэтому используем ожидаемую величину. Матрица Q относится к особому классу матриц, называемых стохастическими, и представляет все возможные переходы от одного уровня объектов к другому.

В случае непрерывного наблюдения, когда моменты времени приближаются друг к другу, в пределе мы можем получить непрерывные дифференциальные уравнения прогнозирования изменения количества ресурса на каждом масштабном уровне в таком виде;

. (1.8)

4. На основе колличественого критерия разработана новая методика и программное обеспечение для прогнозирования остаточного ресурса материала и его сохраняемости в шестой главе.

Во второй главе получены результаты для оптимального управления синергетическими системами, частными случаями для которых являются структурные разномасштабные системы объектов. Доказывается теорема «О структурной устойчивости синергетических систем связанных иерархически по любому векторному параметру». Из этой теоремы следует возможность управления в области сохраняемости, на каждом структурном уровне, и управление достижимости к любой точки из области сохраняемости.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.