автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Компьютерное моделирование процесса формирования дисперсных материалов

ЛУЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ГУМЕНЮК Лариса Олександрівна

РГВ од

І д 6^8: 621.669.15: 621.762

КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ФОРМУВАННЯ ДИСПЕРСНИХ МАТЕРІАЛІВ

05.02.01 - матеріалознавство

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Луцьк 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Луцькому державному технічному університеті на кафедрі автоматизованого управління виробничими процесами, Міністерство освіти та науки України, м. Луцьк

Науковий керівник:

Офіційні опоненти:

професор, кандидат технічних наук Рудь Віктор Дмитрович,

Луцький державний технічний університет, декан технологічного факультету

доктор технічних наук

Бейгельзимер Яків Юхимович, провідний науковий співробітник відділу фізики

високих тисків і перспективних технологій Донецького фізико - технічного інституту ім.

О.О.Галкіна НАН України.

кандидат технічних наук

Дробот Ольга Савеліївна, доцент кафедри

зносостійкості та надійності машин

Хмельницького технологічного університету

«Поділля».

Провідна установа: Інститут проблем матеріалознавства

ім. І.Н.Францевича НАН України.

Захист відбудеться « року о ^3 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради К32.075.01 в Луцькому державному технічному університеті за адресою: 43018, мЛуцьк, вул. Львівська, 75, навчальний корпус В, аудиторія 338.

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Луцького державного технічного університету за адресою: 43018, мЛуцьк, вул. Львівська, 75.

Автореферат розіслано «2£у> 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Дідух В.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність теми.

Однією з найважливіших проблем в Україні є встановлення оптимальною співвідношення між ресурсодобуваючими і переробними галузями народного господарства. Збільшувати добування сировини і палива все важче. Тому необхідно йти більш раціональним шляхом всемірної економії на всіх стадіях виробництва та використання продукції, широкого впровадження енерго- та ресурсозберігаючих технологій. Цю задачу може вирішувати порошкова металургія, яка дозволяє вести безвідходне виробництво виробів широкого цільового призначення, зберігати енергію та матеріали, скорочувати трудові затрати за рахунок зменшення кількості технологічних операцій та автоматизації процесів.

Важливим напрямком матеріалознавства є створення проникливих порошкових матеріалів, працездатність та область застосування яких визначається наявністю взаємозв’язаної структури пор. Ця структура забезпечує такі властивості матеріалів, як проникливість для рідин та газів, здатність до капілярного транспортування рідин та утримати їх в порах. Проникливі матеріали успішно використовуються в космічній техніці, машино- та приладобудуванні, радіоелектронній та хімічній промисловості, атомній енергетиці, медицині, сільському господарстві.

Відомі на сьогоднішній день способи нагрівання та охолодження грунтуються на використанні проникливих матеріалів (пористі теплообмінники, теплові труби, конструкції з пористим охолодженням). Тому створення таких матеріалів і технологій є важливою науковою проблемою.

Керамічні мембрани, що мають змішану кисневу та електронну проникливість, також представляють великий інтерес в якості одного з найбільш економічних, чистих і ефективних методів виділення кисню з повітря та інших газових сумішей.

Прогрес у матеріалознавстві значною мірою визначається вдосконаленням процесів формування. Вони відносяться до основних етапів виробництва і визначають розподіл щільності по об’єму виробу, що визначає ряд найважливіших властивостей готового продукту.

Розвиток теорії нерозривно пов’язаний з вдосконаленням відомих і розробкою нових раціональних процесів виготовлення виробів, зниженням матріаломісткості та вартості обладнання, підвищенням продуктивності, безпеки та культури виробнищва при одночасному цілеспрямованому формуванні властивостей продукції.

Нові технології повинні комплексно реалізувати позитивні ознаки відомих способів при відсутності їх основних недоліків.

Робота спрямована на рішення певних проблем енерш- та ресурсозберігання, підвищення продуктивності, покращення екології за рахунок розвитку теорії та технології на стадії формування, виготовлення та використання виробів з порошкових матеріалів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота є закінченим фрагментом досліджень, які виконувались Луцьким державним технічним університетом по програмі ІпІаБ на тему “Основи і експериментальне дослідження формоутворення, спікання і ущільнення в сучасних порошкових технологіях” спільно з Лейстерським університетом (м. Лондон, Великобританія), Національним політехнічним інститутом (м. Гренобль, Франція), Інститутом проблем матеріалознавства (м. Київ, Україна), лабораторією нових технологій (м. Москва, Росія).

Мета і задачі дослідження - розробка методів визначення та прогнозування пористості фільтрів, отриманих вільною насипкою полідисперсних порошкових матеріалів сферичної форми на основі оптимізації фракційного складу.

Основні задачі роботи.

1. Узагальнення імітаційної комп’ютерної моделі Кондрачука-Шаповалова для формування фільтрів вільною насипкою з монодисперсних часток матеріалу, її програмна реалізація.

2. Якісна та кількісна оцінка впливу форми часток в імітаційній моделі на результати моделювання.

3. Якісна та кількісна оцінка впливу розмірів фільтра на розподіл пористості.

4. Узагальнення імітаційної комп’ютерної моделі Скорохода-Картузова для формування фільтра вільною насипкою з полідисперсних часток матеріалу, її програмна реалізація.

5. Якісна та кількісна оцінка впливу співвідношення вмісту компонент бінарної суміші на пористість фільтра по результатах моделювання.

6. Розробка експрес - методу визначення пористості плоских фільтрів за допомогою комп’ютерного аналізу макроструктури матеріалу.

Основним об’єктом дослідження є пористість плоских фільтрів, отриманих з полідисперсних металічних порошків сферичної форми методом вільної насипки. Накопичення результатів комп’ютерного моделювання та експериментальних залежностей

з

зміни пористості від фракційного складу необхідне для створення фільтрів з заданою проникливістю.

Наукова новизна роботи.

- розроблено нові методи і алгоритми моделювання формування фільтрів з детальним вивченням впливу форми часток на результати моделювання;

- реалізована імітаційна комп’ютерна модель, яка дозволяє прогнозувати насипну пористість фільтрів на основі зміїш вмісту компонент;

- вперше розроблена методика кількісної оцінки загальної та зональної пористості фільтра з допомогою комп’ютерного аналізу його зображення.

Для отримання сформульованих в попередньому пункті результатів вирішений ряд додаткових задач:

а) запропоновано і обгрунтовано новий метод та алгоритм бінарної сешентації зображення макроструктури матеріалу;

б) розроблена методика та алгоритм комп’ютерного аналізу отриманого зображення макроструктури матеріалу;

ч) створено програмний комплекс для аналізу зображень макроструктури матеріалу.

Методологія і методика досліджень.

Робота виконана з використанням металічних порошків тітана, заліза, нікелю сферичної форми із застосуванням комп’ютерного моделювання, теорії випадкових процесів, макрофотографій, цифрової обробки зображень, математико - статистичних методів.

Основні положення, що вшюсяться па захист.

1 .Комп’ютерний метод розв’язку прикладної задачі отримання проникливих матеріалів з заданими властивостями.

2.Уточнена комп’ютерна модель формування фільтрів вільною насипкою з полідис перс них часток матеріалу.

3. Оригінальний метод комп’ютерного аналізу цифрових зображень макроструктури полідисперсних матеріалів для визначення як загальної, так і зональної пористості.

4.Результатитеоретико - експериментальних досліджень впливу фракційного складу на пористість фільтрів, аналіз яких дає можливість оптимізувати структуру фільтрів отриманих методом вільної насипки.

Практичне значення отриманих результатів.

В результаті проведених робіт реалізовано метод комп’ютерного моделювання формування фільтрів вільною насипкою з полідисперсних матеріалів. Метод характеризується достатньо

високою точністю, достовірністю та доступністю інформації для широкого кола спеціалістів.

На базі запропонованого методу розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення, яке може застосовуватись в наукових та технологічних дослідженнях для визначення процентного вмісту компонент фільтра.

Розроблено номограмний спосіб визначення кінцевої пористості плоских фільтрів залежно від фракційного складу. Даний спосіб не потребує складних розрахунків і наявності обчислювальної техніки.

Запропонована методика визначення загальної та зональної пористості плоских фільтрів по їх зображенню. Алгоритмічне та програмне забезпечення даної методики дозволяє без значних затрат проводити аналіз пористості фільтрів на різних стадіях виготовлення. Застосування даної методики на заводі “Електротермометрія” (м. Луцьк) сприяло покращанню якості виготовленої продукції.

Теоретико - методологічні результати досліджень знайшли застосування в Луцькому державному технічному університеті при читанні курсу “Математичне моделювання технологічних процесів”.

Особистий внесокздобувача. В дисертацію включено лише ті наукові результати, які отримані дисертантом особисто. В опублікованих разом зі співавторами наукових працях здобувачем виконувалось проведення експериментів і аналіз отриманих результатів. Внесок дисертанта у матеріали, опубліковані в співавторстві, становить 70-80%.

Апробація роботи. Основні результати, представлені в дисертації, доповідались та обговорювались на міжнарадному семінарі “Реологічні моделі та процеси деформування пористих і композиційних матеріалів” (Київ-Луцьк, 1997р.), на міжнародній конференції “Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии” (Київ, 1997р.), на об’єднаному семінарі кафедр сучасних технологій в машинобудуванні та автоматизованого управління виробничими процесами (Луцьк, 1998р.), на 4-му Міжнародному симпозіумі українських інженерів- механіків (Львів, 1999р.), на наукових конференціях професорсько - викладацького складу Луцького державного технічного університету (1996-1999рр.),

Публікації. За темою дисертації автором та за його участю в наукових журналах та збірниках опубліковано 7 робіт.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку літературних джерел і п’яти додатків. Зміст роботи викладено на 2 сторінках машинописного тексту, ілюструється 45 рисунками і 36

таблицями. Додатки містять 68 сторінок. Список літератури включає 98 найменувань. Загальний обсяг роботи 198 сторінок.

Автор глибоко вдячна своєму керівнику проф. Рудю В.Д. та доц., к.т.н. Лотишу В.В. за практичну допомогу по створенню програмного забезпечення, цінні зауваження та пропозиції в процесі досліджень та корисні поради на різних етапах виконання роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, висвітлено її важливість, визначено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів досліджень. Сформульовано основні положення, що розглядаються в дисертаційній роботі і найважливіші результати, які виносяться на захист.

Перший розділ присвячено літературному огляду, в якому проаналізовано існуючі підходи до вивчення дисперсних матеріалів -математичний і комп’ютерний- та методи визначення пористості.

У рамках математичного підходу відомі праці Скорохода В.В., Штерна М.Б., Ковальченко М.С., Крючкова Ю.Н. та ін. Існуючі математичні моделі описують поведінку дисперсних матеріалів з різними механічними властивостями під дією високих тисків; дають можливість отримати додаткову інформацію про процеси, що відбуваються при виготовленні та експлуатації виробів з дисперсних матеріалів високої щільності і тим самим полегшити контроль і оптимізацію їх виготовлення.

На відміну від них матеріали, що мають низьку щільність, як правило отримують, використовуючи методи, не пов’язані з використанням високого тиску. Для них важливішим є вплив характеру насипки на подальшу еволюцію структури протягом спікання без прикладання тиску. Важливі результати в цьому напрямку отримані Скороходом В.В., Бальшиним М.Ю., Косторновим А.Г., Кадушніковим P.M., Кондрачуком О.В., Картузовим В.В.

Останнім часом розв’язати проблем, пов’язаних з формуванням структури під час насипки, досягається засобами комп’ютерної імітації. Завдяки використанню ідей і уявлень стохастичної геометрії отримано важливі результати, які, зокрема, дозволяють розв’язати одну з найважливіших проблем проектування матеріалів помірної та низької щільності: визначення пористості та розподілу пор по розмірах.

На сьогоднішній день відома велика кількість аналітичних методів визначення як загальної середньої об’ємної пористості зразка, так і розподілу пор на площині.Проте, як показує практика,

при візуальному спостереженні похибка підрахунку об’єктів залежить від уваш дослідника і становить до 40%. Тому актуальним є використання автоматизованих систем, які дозволяють одночасно знаходити розподіл часток по розмівах і здійснювати візуальний контроль.

У цьому ж розділі обгрунтована та викладена мета роботи та завдання щодо її реалізації.

У другому розділі розроблено двомірні імітаційні моделі випадкової упаковки сферичних часток.

Найпростішим варіантом комп’ютерного моделювання випадкової упаковки є пакування однорозмірних сфер або дисків. У роботі приведено узагальнений алгоритм процесу пакування монодисперсішх сферичних часток, розроблений на основі алгоритму, приведеного в статті [Кондрачук А.В., Шаповалов Г.Г., Картузов В.В. Имитационное моделирование случайно неоднородной структуры порошков. Двухмерная постановка задачи// Порошковая металлургия. - 1997. - №1-2. - С. 111-118.] та його програмна реалізація. Метою моделювання насипки моночасток у бункер було дослідження пористості по висоті і ширині бункера, вплив співвідношення розмірів бункера на розподіл пористості, вплив геометорії часток на щільність їх пакування.

Основний метод, який використовувався в дослідженні, -статистичне моделювання з зональним визначенням пористості по Глаголеву.

Для досягнення мети моделювання були виконані статистичні дослідження насипок моночасток у бункери зі співвідношеннями сторін приблизно 1:3, 1:1 та 3:1.

По результатах моделювання побудовано графіки зміни пористості по висоті та ширині зразків. Підтверджено, що пористість насипки у бункер розподіляється нерівномірно. При цьому чим більша ширина зразка, тим рівномірніший родподіл пористості по його діаметру.

Виходячи з дискретного представлення інформації на екрані монітора (піксел), створення на екрані абсолютно правильного диску не є можливим. Тому в ході моделювання реалізовано декілька форм, які б імітували сферичні частинки (рис.1).

Це дало можливість порівняти вплив форми частки на розподіл пористості. Як показав аналіз результатів, зі зміною форми дещо зростає середнє координаційне число, проте на розподіл пористості по висоті та ширині зразка реалізована форма часток впливає не значно.

а) б) в)

Рис.1. Частки, що імітують на екрані монітора а) круг, б) квадрат, в) ромб.

Недоліком даної моделі є те, що у ній реалізується лише монодисперсна упаковка, тоді як регулювати параметри пористості зручніше і доцільніше при полідисперсній.

Тому в роботі було реалізовано модель пакування полідисперсних часток На відміну від попередньої моделі, в програмній реалізації даної моделі частки представлено не у графічному вигляді (рис.1), а задані координатою центру, радіусом та рівнянням, що описує коло. Таке представлення дає змогу реалізувати моно-, бінарне, а також полідисперсне пакування часток з довільною формою їх розподілу. За основу розробки служила модель, приведена у статті [Скороход В.В., Картузов В.В., Красиков И.В. и др. Имитационное моделирование упаковки частиц (двумерный случай) // Сб. научных трудов “Некоторые модели в математической физике и методы их исследования”. -Киев. - 1997. -С. 155-170.]. У ціймоделі параметром регулювання пористості служить кут зчеплення часток, що є інтегральною характеристикою властивостей часток, що складають насипку. При цьому властивості окремих часток не розглядаються. На відміну від згаданої моделі запропоновано вводити індивідуальну характеристику частки. Цією характеристикою є також кут зчеплення часток а - кут між вертикаллю і прямою, що з’єднує центри часток. Проте, на відміну від моделі Скорохода-Картузова, при моделюванні конкретного матеріалу розглядаються топологічні характеристики часток, які впливають на фактор форми. Матеріал відноситься до однієї з груп, де а може змінюватись у межах 0-30 градусів (частки, форма яких близька до ідеально круглої), 30-60 градусів (частки, форма яких відхиляється від ідеальної приблизно на 50%), 60-90 градусів (частки, форма яких значно відхиляється від ідеальної) - рис.2. У таблиці 1 приведено взаємозв’язок кута а з фактором форми БР.

Рис. 2. Залежність кута а від топологічних властивостей частки

(а<а/<ат).

Таблиця. 1.

Взаємозв’язок кута а з фактором форми РР. ______________

РР 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

0 и, 0-9 10- 19- 28- 37- 46- 55- 64- 73- 82-

18 27 36 45 54 63 72 81 90

. Для підтвердження правомірності подібного взаємозв’язку виконано порівняння модельних значень насипної пористості з застосуванням вказаного поділу часток на групи із експериментальними даними [ШелегВ.К., Капцевич В.М., Савич

В.В. и др. Влияние свойств исходных порошков на структурные характеристики пористых материалов // Порошковая металлургия. -1992. - №2.- С. 47-52.] - таблиця 2.

Таблиця 2.

Заемозв’язок кута а з фактором форми реальних порошків.

Експериментальні дані Модельні значення

Матеріал Розмір часток, мм Фактор форми РР Насипна пористість Кут а, град. Насипна пористість

ВТ9 0,2-0,16 1 0.38 0-9 0.37

Бр ОФ 10-1 0,2-0,16 0.9 0.37 10-18 0.37

Х18Н10 0,2-0,16 0.82 0.45 19-27 0.46

Бр ОФ 10-1 0,2-0,16 0.65 0.62 37-45 0.62

Х18Н15 0,2-0,16 0.63 0.68 37-45 0.68

ГТГЭ 0,2-0,16 0.4 0.67 55-63 0.68

ПМС 0,2-0,16 0.26 0.73 73-81 0.71

Також побудовано графік залежності насипної пористості порошків від кута зчеплення часток (рис.З.), який повністю відповідає експериментальним даним вказаних авторів про залежність насипної пористості порошків від їх фактора форми (рис.4).

Рис. 3. Модельна залежність насипної пористості порошків О^від кута зчеплення часток а при зміні а. в межах: 1- 0-9 ; 2- 10-18 ; 319-27°: 4- 28-36°; 5- 37-45°; б- 46-54°; 7- 55-63°; 8- 64-72°; 9- 73-81°.

Рис. 4. Експериментальна залежність насипної пористості порошків від їх фактора форми РР(Шелег- Капцевич): 1- РР=1; 2-РР=0,9; З-РР^О, 8; 4-РР=0,65; 5-РР=-0,35; 6-РР-0,26.

При моделюванні конкретного матеріалу кут а у вказаних межах задається випадково для кожної частки (метод Монте - Карло).

Таким чином кут а розглядається як індивідуальний фактор форми конкретної частки, який лежить в межах, обумовлених аутогезійними характеристиками модельованого матеріалу.

Метою моделювання було визначення залежності насипної пористості та координаційного числа від процентного вмісту часток різного діаметру.

Для досягнення вказаної мети змодельовано ряд насипок бідисперсних та трифракційних сумішей з наступним співвідношенням діаметрів: 0.86; 0.83; 0.80; 0.75; 0.71; 0.67;

0.60; 0.57; 0.50; 0.43.

Такий підбір співвідношень розмірів обумовлений реальним гранулометричним складом типових металічних порошків, що випускаються промисловістю. У кожному випадку досліджувався вплив співвідношення вмісту компонент на пористість та середнє координаційне число суміші.

Оскільки форму часток при моделюванні вважали ідеально круглою, то для досліджень використовували кути зчеплення 0, 3, 6, 9 фадусів. По результатах моделювання отримано графіки залежності пористості та координаційного числа від процентного вмісту компонент бінарних сумішей з різним відношенням діаметрів при а рівному 0, 3, 6, 9 градусів.

Для наближення модельних значень до реальних, де кожна частка має власну шорсткість та якість поверхні, здійснено моделювання насипки, в якій кожній частці випадковим чином присвоюється кут а у межах від 0 до 9 градусів (рис.5).

Рис. 5. Елементи моделі пакування бідисперсних часток у бункері.

Виконано аналіз отриманих структур та побудовано зведені номограми залежності пористості від процентного вмісту компонент при різних значеннях розмірів часток у біфракційних сумішах з випадковими значеннями а (рис.6).

Рис. 6. Номограма залежності пористості від процентного вмісту та розміру складових при випадкових значеннях кута зчеплення часток а.

Розроблено методику користування номограмами пористості для прогнозування пористості плоских фільтрів, отриманих насипкою бідисперсних сферичних часток.

У третьому розділі виконане аналітичне опрацювання отриманих результатів. Для отримання залежностей, що дали б змоіу визначити пористість у будь - якій точці моноструктури, використано метод множинної регресії. Розроблено програмний комплекс, який в автоматизованому режимі дозволяє будувати багатофакторні залежності та здійснювати короткотривале прогнозування.

Для кількісної оцінки впливу процентного вмісту компонент бінарної та трифракційної суміші на пористість фільтра використано метод множинної регресії та метод групового врахування аргументів (МГУА).

По даних методиках розроблено програмні комплекси, які можна застосовувати до опису процесів, що відбуваються при пакуванні полідис перс них матеріалів.

Отримані математичні моделі можна використовувати для дослідження структур, отриманих вільною насипкою у бункер полідисперсних часток.

У четвертому розділі розроблено нову методику та алгоритм комп’ютерного аналізу зображення макроструктури матеріалу, виконано його програмну реалізацію.

Звичайні зображення (такі як фотографії дисперсних матеріалів) є багатовідтінковими, що значно затруднює визначення границь часток з точки зору автоматизації процесу дослідження. Тому метою досліджень було розробити методику визначення пористості, що складається з двох етапів: отримання монохромного зображення з багатовідтінкового без втрат інформації про структуру матеріалу, обробка отриманого зображення для знаходження пористості.

Для реалізації першого етапу розроблено оригінальний метод та алгоритм бінарної сегментації зображень макроструктури матеріалу та втілено його в програмному комплексі. Результати роботи комплексу представлені на рис. 7.

Маючи чітке бінарне зображення об’єкту, можна приступати до визначення його пористості.

а) б) в) г) д) е) є)

Рис. 7. а) фотографія ділянкимікрошліфа; б) бінарне зображення цієї ж ділянки, отримане методом яркісної сегментації; в) результат контрастування з допомогою оператора Собела; г) результат обробки методом Уолліса; д) результат обробки методом подавления домінуючими сусідами для випадку оператора Уолліса; е) результат використання порогового детектора для оператора Уолліса; є) результат обробки по запропонованій методиці.

Для реалізації другого етапу визначення пористості розроблено екпрес - метод обробки зображень плоских фільтрів, який дозволяє визначити зміну пористості по діаметру фільтра на стадії його отримання і прогнозувати його експлуатаційні характеристики. Метод не потребує руйнування виробу, тому може бути застосований як на стадії вибіркового контролю якості, так і в період віднаджування технології для підбору робочих параметрів фільтра. В роботі приведено схему алгоритму комп’ютерного аналізу зображення та результати його програмної реалізації.

Суть методу полягає в отриманні зображення плоского фільтра з подальшою автоматизованою обробкою цього зображення методом бінарної сегментації, виділенні зон на отриманому зображенні і розрахунку коефіцієнтів £; нерівномірності розподілу пористості цих зон:

$і=©і/©заг (1)

де 0,- пористість в і-й зоні;

©заг — пористість всього зразка.

Розбіжність значень безрозмірних коефіцієнтів і є показником нерівномірності розподілу пористості по площі зразка. Точність визначення нерівномірності залежить від кількості зон, виділених на зразку. Такий метод значно спрощує вимірювання і не потребує високої кваліфікації користувача.

В цьому ж розділі приведено порівняння результатів обробки зображення розробленим експрес — методом та відомим металографічним методом [Капцевич В.М., ШелегВ.К., Сорокина А.Н. и др. Определение распределения пор по размерам и пористости по шлифам порошковых материалов // Заводская лаборатория. - 1989.

- №2. - С. 64-67]. Металографічний метод грунтується на основних стереометричних співвідношеннях, які пов’язують параметри трьохмірної, двохмірної та одномірної структур. Розбіжність результатів обробки зображення однієї і тієї ж ділянки запропонованим та металографічним методами становить 10% при значному скороченні затрат часу дослідника при використанні експрес - методу. Таким чином, пропонується метод, який, враховуючи основні стереометричні співвідношення, дозволяє на основі зображення плоского фільтра отримати його об’ємну пористість.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

На основі комплексних досліджень, теоретичних розробок та

узагальнень щодо процесів, які відбуваються при пакуванні

полідисперсних матеріалів з позицій автоматизації процесу

досліджень, отримано наступні результати.

1. Огляд існуючих методик та результати власних досліджень дають можливість намітити шляхи подальшого вдосконалення структури фільтрів з метою підвищення їх експлуатаційних характеристик.

2. Проведено комплексні дослідження, на основі яких створено нові методи комп’ютерної та експериментальної оцінки впливу співвідношень розмірів часток на пористість полідисперснош середовища.

3. Реалізована комп’ютерна модель пакування монодисперсних сферичних часток, досліджена зміна пористості по висоті та ширині бункера.

4. Запропонована комп’ютерна модель, яка дозволяє визначити пористість полідисперсної структури залежно від розміру часток та їх процентного вмісту у цій структурі.

5. Запропоновано розглядати кут зчеплення часток при моделюванні вільної насипки полідисперсних порошків як індивідуальний фактор форми конкретної частки, який лежить в межах, обумовлених аутогезійними характеристиками модельованого матеріалу.

6. Розроблено номограмний спосіб визначення кінцевої пористості плоских фільтрів залежно від фракцій порошку та їх вмісту у проектованому фільтрі. Даний спосіб не потребує аналітичних розрахунків, що значно прискорює процес проектування і дає можливість прогнозувати властивості виробу.

7. Розроблено оригінальний метод комп’ютерного вимірювання цифрових зображень в інтерактивному режимі.

8. Запропонована принципова схема цифрової системи для обробки сканованого і ксерокопійованого зображень плоских фільтрів з метою отримання коефіцієнтів нерівномірності розподілу пористості по їх діаметру. Такий метод значно спрощує вимірювання і не потребує високої кваліфікації користувача.

9. Запропоновано новий метод отримання зональної пористості, який базується на обробці цифрових зображень. Надається оригінальний алгоритм та його програмна реалізація.

10. Створено програмний комплекс для аналізу зображень макроструктури матеріалу.

11. Реалізована методика застосування принципів стереометрії для комп’ютерного аналізу зображень макроструктури полідисперсних матеріалів.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ.

1. Гуменюк Л.О. Аналіз результатів моделювання ущільнення дисперсних матеріалів // Наукові нотатки. Випуск 3. - Луцьк. -1996. - С. 47-49.

1. Гумеїпок Л.О., Лотыш В.В., Рудь В.Д. Некоторые аспекты использования клеточных автоматов для моделирования уплотнения монодисперсных материалов // Материали международной конференции “Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии”. - Київ. - 1997. - С. 9.

2. Гумеїпок Л.О. До розрахунку середнього діаметру часток при визначенні пористості металографічним методом // Наукові нотатки. Випуск 4. - Луцьк. - 1998. - С.74-78.

3. Гумешок Л.О., Лотішх В.В., Рудь В.Д. Про комп’ютерну модель спікання на прикладі кліткового автомату // Порошковая металлургия. -1998. - №7/8. -С.43-45.

4. Гуменюк Л.О., Лотиш В.В., Сколоздра 10. Вивчення залежності координаційного числа від пористості методами комп’ютерного моделювання // Матеріали 4-го Міжнародного симпозіуму українських інженерів - механіків у Львові. - Львів. — 1999. -

С. 121.

5. Лотиш В.В., Гуменюк Л.О. Експрес - метод визначення рівномірності розподілу пор у структурно - неоднорідних виробах // Наукові нотатки. Випуск 5. - Луцьк. - 1999. - С. 129-133.

6. Гуменюк Л.О., Лотыш В.В. К использованию адаптивных методов бинарной сегментации изображений для изучения пористости дисперсных материалов // Физика и техника высоких давлений. -1999. - Т. 9. - №2. - С. 39-40.

Анотація

Гуменюк Л.О. Комп’ютерне моделювання процесу формування дисперсних матеріалів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук по спеціальності 05.02.01 - матеріалознавство. Луцький державний технічний університет, Луцьк, 2000.

В дисертації представлено результати досліджень процесів формування плоских фільтрів, отриманих вільною насипкою полідисперсних порошкових матеріалів сферичної форми, виконаних за допомогою комп’ютерної моделі пакування часток. Розроблена

імітаційна комп’ютерна модель, яка дозволяє прогнозувати насипну пористість фільтрів на основі зміни процентного вмісту компонент. Розроблено номоірамний спосіб визначення кінцевої пористості плоских фільтрів залежно від фракційною складу, який не потребує складних розрахунків і наявності обчислювальної техніки. На базі запропонованого способу розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення, яке може застосовуватись в наукових та технологічних дослідженнях для визначення процентного вмісту компонент фільтра. Запропоновано оригінальний метод комп’ютерного аналізу цифрових зображень макроструктури полідисперсних матеріалів; методика кількісної оцінки загальної та зональної пористості фільтра з допомогою комп’ютерного аналізу його зображення. Алгоритмічне та програмне забезпечення даної методики дозволяє без значних затрат проводити аналіз пористості фільтрів на різних стадіях виготовлення.

Ключові слова: комп’ютерне моделювання, насипка, пористість, цифрове зображення, фільтр.

Анпотацпя

Гуменюк Л.А. Компьютерное моделирование процесса формирования дисперсных материалов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение. Луцкий государственный технический университет, Луцк, 2000.

В диссертации представлены результаты исследований процессов формирования плоских фильтров, полученых свободной насыпкой полидисперсных порошкових материалов сферической формы, полученых с помощью компьютерной модели пакования частиц. Разработана имитационная компьютерная модель, позволяющая прогнозировать насипную пористость фильтров на основании изменения процентного состава компонент. Разработано номограмньгй способ определения конечной пористости плоских фильтров в зависимости от фракционного состава, не требующий сложных расчетов и наличия вычислительной техники. На базе предложеного способа разработано алгоритмическое и програмнеє обеспечение, которое может применяться в научных и технологических исследованиях для определения процентного состава компонент фильтра. Предложен орипгнальггий метод компьютерного анализа цифрових изображений макроструктуры полидисперсных материалов; методика количественной оценки общей и зональной пористости фильтра с помощью компьютерного анализа его изображения. Алгоритмическое и програмное

обеспечение данной методики позволяет без значительных затрат проводить анализ пористости фильтров на разних стадиях изготовления.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, насыпка, пористость, цифровое изображение, фильтр.

The summary

Gumenjuk L.A. Computer modelling of forming process of dimension materials. - Manuscript.

Thesis for a scientific degree of candidate of technical sciences in speciality 05.02.01 - material. Lutsk state technical university, Lutsk, 2000.

Problem of making of filtering materials is elucidated in dissertation. Creation of penetrating powder - like materials is one of areas of it’s untiing. A capacity and application domain of such materials determines by presence of pores structure.

The forming processes researches results of flat filters, used by computer model, is represented in work. This filters got by free embankment of polydimension powder - like materials of spheral form. Computer model is developed. This model allows to forecast embankmently filters porosity on change base of percent contents of components. Original method of computer analysis of digital structure of images of polydimension materials is represented. Method of quantitative estimation of general and zonal porosity of filter with help of computer ana lysis of it’s image is developed. In result of seen out works a method of computer filters forming modelling by free embankment from polydimension materials is developed. This method characterises by high exactness and information accessibility for wide specialists area. On the basis of offered method developed algorithmic and software, which can adapt in scientific and technological researches for determination of percent contents filter components Nomogram method of determination of final porosity of flat filters dependency on factious storage is developed. This method does not be in want of complicated computations and presence of calculable engineering. A method of determination of general and zonal porosity of flat filters on their image is offered. Algorithmic and software of given methods allows without consideradle expenditures to take a filters porosity analysis on different making stages.

Keywords: computer model, embankment, porosity, digital image, fitter.

Формат 60x84 1/16 арк. Папір друк. Тираж 100. Віддруковано у редакційно - видавничому відділі ЛДТУ 263018, м.Луцьк, вул. Львівська, 75