автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Исследование мотальных паковок на основе использования методов подобия и анализа размерностей

Введение

Глава 1. Состояние современного технологического процесса перематывания текстильных нитей и математические методы, применяемые при описании технологических процессов текстильной промышленности

1.!. Формирование намотки мотальных паковок

1.2. Математические методы, используемые при исследовании технологических процессов текстильной промышленности.

1.3. Моделирование технологических процессов . . 24 Выводы по главе

Глава 2. Постановка задачи моделирования функционирования сложных объектов и процессов на основе системного анализа

2.1. Системный анализ сложных объектов

2.2. Применение системного анализа к исследованию процесса формирования мотальных паковок с заданной плотностью намотки

2.3. Построение математической модели для определения удельной плотности мотальных паковок различного строения

2.4. Построение математической модели взаимодействия мотальных паковок заданной проницаемости с окружающей средой.

Выводы по главе

Глава 3. Критериальное планирование и обработка экспериментов

3.1. Обработка результатов натурного и компьютерного экспериментов

3.2. Особенности критериальных представлений

3.3. Основные положения критериального планирования эксперимента

3.4. Построение модели влияния основных технологических факторов на удельную плотность намотки

3.5. Построение модели зависимости удельной плотности намотки от угла сдвига витков и толщины наматываемого слоя пряжи

Выводы по главе

Глава 4. Программные средства и алгоритмы.

4.1. Характеристика современной системы программирования Delphi.

4.2. Задачи, выполняемые программой

4.3. Интерфейс программы.

4.4. Представление входных данных

4.5. Блок-схема алгоритма программы

4.6. Условия эксплуатации программного изделия

4.7. Структура файлов базы данных

4.8. Выполнение программы.

4.9. Описание меню программы

4.10. Установка программы

4.11. Порядок выполнения контрольного примера

4.12. Стандартные сообщения программы . . . 136 Выводы по главе 4 . . . . . . . . 137 Общие выводы

Разработка и использование математических и компьютерных моделей современных технологических объектов текстильного производства (технологических систем и материалов), описание которых включает значительное число факторов и показателей, - является актуальным направлением научно-прикладных исследований. Важность этих работ вытекает из того, что исследование таких сложных объектов может быть выполнено с наибольшим эффектом и наименьшими затратами только на основе соответствующих математических и компьютерных моделей.

В данной работе при построении моделей объектов текстильной технологии широко использовались модели с обобщенными факторами и показателями. Преимущество использования таких моделей по сравнению с традиционными состоит в том, что они позволяют исследователю осознанно подходить к решению практических задач, возникающих при планировании, обработке и использовании результатов как натурного, так и компьютерного эксперимента.

При разработке системного анализа сложных объектов ставились следующие задачи:

- анализ и формализованное описание построения концептуальной модели сложных объектов;

- структурирование системной оценки характеристик сложных объектов с использованием анализа их размерностей;

- комбинирование методов математического планирования эксперимента с методами анализа размерностей и подобия, что позволяет получить математические модели исследуемого процесса в реализованном диапазоне изменения многих факторов, влияющих на процесс;

- разработка программного обеспечения для определения и использования П-переменных в концептуальных моделях сложных объектов.

Данные исследования проводились на примере процессов наматывания, главными тенденциями развития которых являются увеличение скорости наматывания, увеличение массы паковок и расширение ассортимента нитей, а следовательно, разнообразие форм и структур паковок.

Закономерности расположения и изменения натяжения нити в паковке определяют форму и свойства паковки, структуру и технологические свойства намотки, а также особенности процесса, в котором паковка будет использоваться в дальнейшем. Для получения паковки, удовлетворяющей определенным технологическим требованиям, необходимо прежде всего определить геометрические, кинематические и динамические условия процесса наматывания.

На основе концептуальных моделей для процессов наматывания получены соответствующие математические и компьютерные модели, с помощью которых можно находить оценки показателей функционирования этих объектов, и разработаны рекомендации по использованию этих моделей.

С учетом сложности рассматриваемых технологических объектов и отсутствия реальной возможности использования данных натурных экспериментов в полном объеме актуальность компьютерного моделирования таких объектов не вызывает сомнений. Указанные особенности построения математических моделей позволяют учесть нелинейные эффекты при функционировании соответствующих систем, не усложняя существенно сами модели.

В данной диссертационной работе автор защищает следующие положения:

- компьютерную модель влияния основных технологических факторов на удельную плотность намотки;

- программные модули, созданные в среде программирования Delphi для хранения результатов экспериментов в базе данных и их дальнейшей обработки в рамках компьютерной модели; 7

- методика получения и анализа полиномиальных регрессионных моделей с помощью комбинирования методов активного планирования экспериментов, анализа размерностей и подобия;

- рекомендации по моделированию сложных технологических объектов.

Общие выводы

1. Обоснован единый подход к исследованию характеристик мотальных паковок на основе; использования методов подобия, анализа размерностей и компьютерного моделирования, что позволило облегчить их аналитическое и экспериментальное исследование;

2. Из девяти исходных размерных технологических факторов, характеризующих процесс наматывания и составляющих полную концептуальную модель, с помощью методов анализа размерностей получено пять безразмерных переменных, которые имеют простую физическую интерпретацию и которые можно использовать в дальнейших исследованиях характеристик мотальных паковок;

3. Построена модель, позволившая связать основные факторы процесса наматывания с основными факторами процесса фильтрации. Доказано, что процесс фильтрации через намотанный слой волокнистого материала полностью описывается критерием Рейнольдса (Re) и критерием Эйлера (Ей), что позволяет осуществить моделирование процесса фильтрации на основе гидромеханического подобия.

4. Получены конкретные зависимости в классе логарифмических функций, связывающие приведенный коэффициент заполнения, характеризующий удельную плотность наматывания, и безразмерные переменные, характеризующие деформационную нагрузку на нить и объем намотанного волокнистого материала;

5. На основе теории критериального планирования эксперимента получена регрессионная модель второго порядка, описывающая зависимость приведенного коэффициента заполнения (удельной плотности намотки) от степени замыкания намотки и безразмерной переменной, характеризующей толщину намотанного слоя волокнистого материала (объем намотанного волокнистого материала). Доказано, что зависимость приведенного

139 коэффициента заполнения от степени замыкания намотки описывается участками параболы и достигает своего максимума при сомкнутой намотке;

6. Разработан алгоритм функционирования компьютерной модели, позволяющий получать безразмерные переменные из исходных размерных факторов и критериальные регрессионные уравнения, описывающие процесс функционирования сложной системы;

7. На основе разработанного алгоритма в среде программирования Delphi созданы программные модули, отвечающие требованиям надежности и удобства эксплуатации;

8. Полученные критериальные регрессионные зависимости могут быть перенесены на большой класс подобных процессов. Они могут быть использованы для прогнозирования поведения системы в трудноосуществимых или недоступных при современном уровне развития тех 11 ол о г и и реж и м а х.

1. Гордеев В.А., Волков П.В. Ткачество. М.Легкая и пищевая промышленность, 1984. -488 с.

2. Л. Симон, М. Хюбнер Технология подготовки пряжи к ткачеству и трикотажному производству. М.:Легпромбытиздат, 1989 -272 с.

3. А. Ормирод Современное приготовительное и ткацкое оборудование. -М.:Легпромбытиздат, 1987 213 с,

4. Васильев Н.А. Вопросы теории прядения. М. - 1932.

5. Ворошилов В.А. Теория ватерного прядения хлопка. СГИЗ РСФСР, Иваново, 1932.

6. Прошков А.Ф. Исследование и проектирование мотальных механизмов. М. 1963.

7. Ефремов Е.Д. Основы теории наматывания нити на паковку. М. Легпищепром. 1982.

8. Дворницкий Г.С. Кручение и перемотка шелка в производстве химических волокон. М. 1959. 208с.

9. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.:Наука,1.972 -440с.

10. Веников В.А, Веников Г.В. Теория подобия и моделирования. М: Высшая школа, 1984. 439 с.

11. Самарский А.А., Михайлов А.ГГ Математическое моделирование. -М.:Наука, 1997.-320с.

12. Гухман А.А. Введение в теорию подобия.-М.:Высшая школа, 1973. 296с.

13. Кирпичев М.В. Теория подобия. Изд. акад. Наук СССР, М, 1953. - 95с.

14. Хантли Р. Анализ размерностей. М.:Мир, 1970. - 175с.

15. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М.:Наука, 1969. - том 1, II.

16. Вен г цель Е.С. Теория вероятностей. М.:Наука, 1969. - 576 с.

17. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. М.:Легкая индустрия», 1980. - 392 с.

18. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических процессов. М.:Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 344 с.

19. Богза А.Д., Орнатская В.А. Исследование надежности процесса прокладывания утка на станках СТБ. М. Легкая индустрия, 1978. - 128 с.

20. Богза А.Д. Надежность процесса ткачества на станках СТБ. М :Легкая и пищевая промышленность, 1981. 144 с.21 .Бесекерский В. А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. -М.:Наука, 1975. 768 с.

21. Р.А. Фишер Статистические методы для исследователей. М.: Государственное статистическое издательство, 1958. - 268с.

22. Колмогоров А.Н. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.Наука, 1986. -534с.

23. В.Феллер Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Т. 1,2 -М.:Мир, 1984.

24. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.:Физматгиз, 1961. - 406с.

25. М. Кендалл, А. Стыоарт Теория распределений. М.:Наука, 1966. - 587с.

26. М. Кендалл, А. Стыоарт Статистические выводы и связи. М.:Наука, 1973. - 899с.

27. М. Кендалл, А. Стыоарт Многомерный статистический анализ и временные ряды, -М.:Наука, 1976 736 с.

28. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.:Наука, 1971. - 208с.

29. Налимов В.В., Т.И. Голикова Логические основания планирования эксперимента. М. .Металлургия, 1980,- 152с.

30. Х. Шенк Теория инженерного эксперимента. М.:Мир, 1972. - 384с.

31. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента. М.Легкая индустрия, 1974.-262с.

32. Г. Биркгоф Гидродинамика. Методы. Факты. Подобие. М.:Изд. иностр. лит-ры, 1963.-244с.

33. Кочин Н. Г. Теоретическая гидромеханика. М.:Физматгиз, 1963.

34. Федоров А.Г. Delphi 2.0 для всех. М.:Компыотер пресс, 1997.-464с.1. Диссертации

35. Прошков А.Ф. Исследование вопросов, связанных с наматыванием нити и проектированием мотальных механизмов. Дисс. д.т.н./МТИ,-М., 1965.

36. Гордеев В.А. Анализ работы навивающего механизма крестомотальных машин и пути совершенствования этого механизма. Дисс. к.т. н./МТИ. -М., 1941.

37. Назарова М.В. Разработка технологических параметров формирования бобин сомкнутой намотки. Дис. к. т. н./МГТА. -М., 1994.

38. Панин И.Н. Разработка и исследование структур текстильных паковок специального назначения. Дисс. д.т.н./МГТА. М., 1996.

39. Николаев С. Д. Научные основы прогнозирования условий технологического процесса ткачества для получения тканей заданного строения. Дис. д. т. н./МТИ. М., 1987.

40. Беспалов М.Е. Исследование динамических напряжений в плоских элементах трикотажных игл. Автореф. дис. к.т.н./МГТА.-М.,1999.

41. Севостьянов П. А. Прогнозирование характеристик и повышение эффективности исследований технологических систем прядильного производства. Дис. д. т. н./МТИ. М.,1985.

42. Александров К.Б. Компьютерное моделирование штапелирования жгута химических нитей методом разрыва. Автореф. дис. к.т.н./МГТУ. -М.,2000.

43. Щербаков В.П. Научные основы переработки нитей в трикотажном производстве. Автореферат дис, . д.т.н./МТИ. М., 1983.1. Статьи

44. Васильев Н.А. Мотальный эксцентрик прядильного кольцевого веретена. -Известия общества содействия мануфактурной "промышленности, 1912. -№8 486с.

45. Насекин Н.А. Ватерная мотка. Известия общества содействия мануфактурной промышленности, 1913. - №8 - 395с.

46. Бабарыков И.И. К теории намотки ватерного початка. Известия МТИ, 1927. Вып. 1, т>1. с, 3.

47. Бабарыков И.И. Кинематическое исследование механизма раскладки мотальной машины для шелка. Известия МТИ, 1929. Вып. 2, т.-1. с. 25.

48. Ковнер С.С. К теории наматывающих механизмов. Известия МТИ, 1927. Вып. 1, Т.-1. с. 13.

49. Кржижановский Е.Н. Расчет эксцентрика мотальной машины. Текстильное машиностроение, 1933, №6 с. 19.51 .Виноградов Ю.С. О неравномерности натяжения нити на конических бобинах в мотальных машинах. ИВНИТИ, 1935. №5. - с. 19.

50. Минаков А.Г1. Основы теории наматывания и сматывания нити. М.//Текстильная промышленность. I994.-№10-c. I 1, №11-12 с. 10.

51. Давыдов А.Ф., Литовченко С.Ф., Митихин В.Г., Углов В.А. Применение анализа размерностей при описании процессов теплообмена через пакет одежды//Известия вузов. Технология текстильной промышленности. -1998. -№). -с. 10-12.

52. Зайцев В. П., Панин И.Н., Минаев А.Г. Влияние некоторых факторов на удельную плотность намотки бобин сомкнутой структуры//Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1981. - №3. - с.45-49.

53. Зайцев В. П., Панин И.Н., Минаев А.Г. Изменение удельной плотности намотки пряжи в радиальном и осевом направлениях конической бобины сомкнутой структуры//Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1981. - №4. - с.42 - 45.

54. Малышев А.П. Численное исследование волновых процессов в элементах текстильного оборудования на основе адаптивных разностныхоперагоров/УИзвестия вузов. Технология текстильной промышленности. -1991. №3. - с.94 - 98.

55. Малышев ATI., Галушко И.В. Влияние формы антиударных игл на распространение ударных им.пульсов//Известия вузов. Технология легкой промышленности. 1992. - Т.5.№1.

56. Propack" Новый стандарт качества паковок//Техй1е technology 1999. №1. -с,34.

57. Оптимальные паковки для крашения при высочайшей производительности Автоконнера 338//Texti1e technology 1999. №1. -с.40-41.

58. Saurer: vertical integration and high innovation//Afr. Text. 1999. Apr. - may. -c. 44 - 46, 48 - 50.

59. Automatic package winding//Afr. Text. 1997 - 1998 - dec. -jan. - c. 12.

60. Комаров П.М., Мигихин В.Г. Разработка программного обеспечения компьютерной модели процесса перематывания пряжи. //Современные информационные технологии в образовательной и научной деятельности: Тез. докл. Всерос. науч. конф. 2000. М., с.64.

61. Комаров П.М., Мигихин В.Г. Применение анализа размерностей при описании наматывания пряжи на мотальную паковку //Компьютерные технологии в образовательной и научной деятельности. М.:МГТУ имени А.Н.Косыгина, 2001. - с.44-47.

62. Комаров П.М., Митихин В.Г. Применение анализа размерностей для изучения мотальных паковок, сформированных на различном оборудовании //МГТУ им. А.Н. Косыгина М.,2000. - 7с, - Деп. в ООО «Легпроминформ» 25.12.2000 №3972-ЛП,1. П РИ Л О Ж Е Н И Е I