Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Грицюк Катерина Марківна
УДК 681.32:519.673
АВТОМАТИЗАЦІЯ ПРОЦЕСІВ МОДЕЛЮВАННЯ ТА АНАЛІЗУ ТЕМПЕРАТУРНИХ ТА ТЕРМОМЕХАНІЧНИХ ПОЛІВ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ ВІСЕСИМЕТРИЧНИХ ТІЛ СКЛАДНОЇ ФОРМИ
05.13.12 - системи автоматизації проектувальних робіт
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків - 2002
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі економічної кібернетики та інформатики Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник кандидат фізико-математичних наук, доцент
Шевченко Людмила Петрівна,
Харківський державний технічний університет
будівництва та архітектури, завідувач кафедри
економічної кібернетики та інформатики.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Путятін Валерій Петрович,
Харківський державний технічний
університет сільського господарства,
завідувач кафедри кібернетики;
доктор технічних наук, професор
Хажмурадов Манап Ахмадович,
Національний науковий центр
"Харківський фізико-технічний інститут",
начальник відділу математичного моделювання
та дослідження ядерно-фізичних процесів.
Провідна установа Київський національний університет
будівництва та архітектури, кафедра проектного
менеджменту, Міністерство освіти і науки
України, м. Київ.
Захист відбудеться "____"__липня____ 2002 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.02 у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки, м. Харків, пр. Леніна, 14.
Автореферат розісланий "__7___"___червня___2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради________________ Безкоровайний В.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Прогрес науки і техніки, потреба в нових промислових виробах обумовлюють необхідність вирішення таких важливих проблем, як підвищення продуктивності праці розробників нових виробів, скорочення термінів проектування, підвищення якості проектів, які розроблюються. Вирішення цих проблем неможливо без застосування систем автоматизованого проектування (САПР).
Проектування складних інженерних конструкцій, апаратів і приладів з високими техніко-економічними показниками, що повинні працювати в умовах високого теплового та механічного навантаження, пов'язано з вирішенням ряду складних проблем, таких як забезпечення оптимальних теплових режимів, міцності, надійності і довговічності У зв'язку з цим виникає проблема моделювання та аналізу фізико-механічних полів - температурних і термомеханічних полів однорідних і складених (з кусково - однорідним середовищем) вісесиметричних тіл складної форми.
Математичними моделями фізико-механічних полів є крайові задачі для диференційних рівнянь з частинними похідними при визначених крайових та початкових умовах. Похибки обчислень або збурення функцій викликають необхідність створення ефективних методів вирішення крайових задач теплопровідності і термопружності, що мають підвищену чисельну стійкість.
У сучасних САПР необхідно застосовувати методи та засоби штучного інтелекту. До складу САПР мають бути включені діалогові системи на основі знань, які дозволяють максимально автоматизувати процес вибору раціональних параметрів конструкцій. У зв'язку з цим проблема розробки спеціалізованих діалогових систем, що базуються на ефективних математичних методах та дозволяють на основі створюваних баз знань автоматизувати процес моделювання та аналізу температурних та термомеханічних полів при проектуванні тіл складної форми, є актуальною задачею.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження виконувалося в рамках договору про науково-технічне співробітництво між Національним технічним університетом "ХПІ" і Харківським державним технічним університетом будівництва і архітектури від 10.01.99 р. по науково-дослідній роботі "Розробка методики і програмна реалізація визначення теплового і напружено-деформованого стану поршня структурним методом у САПР", у рамках проекту Міносвіти і науки України по держбюджетній науково-дослідній роботі "Побудова математичних моделей і комп'ютерних технологій для розрахунку фізико-механічних полів" на 1997 - 2000 р. кафедри інформатики Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (№ ДР 0102U001151). Здобувач приймала участь у роботі в якості виконавця у розробці програмних засобів, пов'язаних із задачами побудови комп'ютерних моделей фізико-механічних полів.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка ефективних методів вирішення крайових задач теплопровідності та термопружності для однорідних та складених вісесиметричних тіл, створення спеціалізованої діалогової системи, яка реалізує розроблені методи і призначена для моделювання та аналізу температурних і термомеханічних полів при проектуванні вісесиметричних тіл складної форми. Досягнення поставленої мети здійснюється розв'язанням таких задач:
–провести аналіз та розвинути методи вирішення крайових задач теплопровідності та термопружності для вісесиметричних тіл складної форми;
– розробити метод автоматизованої побудови комп'ютерних моделей температурних та термомеханічних полів вісесиметричних тіл складної форми;
–створити математичну базу діалогової системи - математичні моделі і методи вирішення задач теплопровідності і термопружності для однорідних і складених вісесиметричних тіл;
–створити базу знань системи;
–розробити інтерфейс для роботи користувача в системі;
–створити спеціалізовану діалогову систему для комп'ютерного моделювання температурних і термомеханічних полів і провести апробацію створеної системи.
Об'єкт дослідження –проектування вісесиметричних тіл складної форми з урахуванням температурних та термомеханічних полів.
Предмет дослідження –моделювання та аналіз температурних та термомеханічних полів при автоматизації проектування однорідних та складених вісесиметричних тіл складної геометричної форми.
Методи дослідження. У роботі використовуються результати та підходи математичного моделювання, теорії R-функцій, методи системного проектування та автоматизації програмування, обчислювальний експеримент як спосіб вирішення природознавчих проблем засобами математичного моделювання та обчислювальної математики.
Наукова новизна отриманих результатів.
1. На основі вперше запропонованих структур розв'язку задач теплопровідності і термопружності, які мають підвищену стійкість до похибок обчислень та збурень вхідних даних, одержали подальшого розвитку методи моделювання температурних та термомеханічних полів однорідних та складених вісесиметричних тіл складної форми.
. Одержали подальшого розвитку конструктивні засоби дослідження термонапруженого стану складених вісесиметричних тіл на основі побудованих нових структурних моделей термомеханічних полів.
. Одержав подальшого розвитку метод, який дозволяє автоматизувати побудову комп'ютерних моделей температурних і термомеханічних полів однорідних і складених вісесиметричних тіл за інформацією, поданою на природній професійній мові.
. На основі запропонованих моделей вперше створена база знань предметної області, що містить:
–базу даних, до якої входять математичні моделі температурних і термомеханічних полів тіл, конструктивні засоби для реалізації варіаційно-структурного та регіонально-структурного методів їхніх досліджень, геометричні форми об'єктів, їхні фізичні характеристики;
–базу правил, що дозволяють автоматизувати вибір методу і структур розв'язку, рівнянь границі області, її ділянок та іншу інформацію, необхідну для автоматизації процесу комп'ютерного моделювання;
–засоби для перетворення інформації, отриманої від користувача на природній професійній мові за допомогою створеного діалогового інтерфейсу, у комп'ютерну модель;
–засоби, що дозволяють доповнювати створену базу знань новими структурними формулами, крайовими умовами, геометричними об'єктами.
. Одержали подальшого розвитку засоби для автоматизації вирішення задач проектування, які застосовані в створеній спеціалізованій системі "САПОТ", в якій реалізуються розроблені методи, яка дозволяє будувати комп'ютерні моделі температурних і термомеханічних полів вісесиметричних елементів конструкцій за інформацією, поданою на природній професійній мові.
. Отримані чисельні результати досліджень задач теплопровідності та термопружності для вісесиметричних однорідних та складених тіл складної форми, які вперше розв'язані за допомогою розроблених моделей і розробленої системи "САПОТ", проведений їхній аналіз.
Практичне значення отриманих результатів.
Запропоновані в роботі методи, моделі та алгоритми склали основу створеного інтелектуального програмного комплексу для моделювання і аналізу температурних та термомеханічних полів у вісесиметричних тілах складної форми. Підвищення рівня автоматизації вирішення крайових задач теплопровідності та термопружності для вісесиметричних тіл складної форми сприяє скороченню термінів проектування, зниженню витрат на проектування та створення конструкцій, а також підвищенню якості проектів, які розробляються.
Практичне значення результатів підтверджується їхнім впровадженням.
Методика, розроблена в даній роботі, і програмне забезпечення у вигляді створеної системи застосовуються для вирішення задач дослідження температурних і термомеханічних полів у конструкціях з кусково-однорідним середовищем при виконанні науково-дослідних, дипломних і курсових робіт із дисциплін "Теплообмін у двигунах внутрішнього згоряння" (ДВЗ) кафедри ДВЗ Національного технічного університету "ХПІ", "Архітектурні конструкції" кафедри архітектурних конструкцій, "Дискретний аналіз" кафедри економічної кібернетики та інформатики Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (акти впровадження додаються).
Особистий внесок здобувача. Всі результати дисертації отримані автором самостійно.
У роботі [5] автором запропоновано методику вирішення задачі термопружності як послідовне вирішення задачі теплопровідності та задачі теорії пружності варіаційно-структурним методом. Запропоновано модульне вирішення задачі термопружності.
У роботі [6] автором для тіл складної геометричної форми з кусково-однорідним середовищем застосовано регіонально-структурний метод. Отримано результати чисельних досліджень теплових процесів у складених тілах при різних розмірностях апроксимаційних засобів. Досліджено вплив теплофізичних і геометричних параметрів на картину поля температур у розглянутих тілах.
У роботі [7] автором визначено математичні моделі процесів теплопровідності в досліджуваних тілах, запропоновано метод подання знань у створеній спеціалізованій системі, принципи створення бази знань системи, принципи побудови інтерфейсу спеціалізованої системи.
У роботі [9] автором запропоновано математичні моделі для дослідження температурних полів у поршнях ДВЗ, використання варіаційно-структурного методу для вирішення цієї задачі, математичні моделі для спеціалізованої системи.
Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на 7-й міжнародній науково-технічній конференції "Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я", Харків –Мішкольц –Магдебург (Україна –Угорщина –Німеччина), (1999 р.); на 4-й науковій конференції "Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених м. Харкова", (2001 р.); на двох щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (2000-2001 р.р.).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 наукових праць, у тому числі 7 статей у виданнях, рекомендованих Вищою атестаційною комісією України для публікації матеріалів дисертаційних робіт, 2 доповіді у збірниках праць міжнародних конференцій.
Об'єм і структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Повний обсяг дисертації становить 176 сторінок, 9 таблиць, 43 рисунки, 19 окремих сторінок займають рисунки та таблиці, список використаних джерел включає 125 найменувань і займає 12 сторінок, 1 додаток займає 3 сторінки.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету, основні задачі дослідження, наведено наукову новизну та практичну цінність результатів роботи. Подано основні результати, що виносяться на захист.
У першому розділі наведено огляд робіт, пов'язаних з методами вирішення задач теплопровідності і термопружності, діалогових систем, розроблених на основі цих методів, систем автоматизованого проектування, приведено дослідження математичної бази для розробленої спеціалізованої системи "САПОТ".
Математична модель задачі теплопровідності подана у вигляді:
, (1)
де T –температура; –коефіцієнт теплопровідності.
При вирішенні задачі враховують крайові умови, наприклад, умови конвективного теплообміну на границі тіла:
, (2)
де –нормаль до контуру ; - коефіцієнт тепловіддачі; Тср –температура зовнішнього середовища.
Система диференційних рівнянь для незв'язаної задачі термопружності для однорідного вісесиметричного тіла включає рівняння (1) та наступні рівняння:
, (3)
,(4)
де і –параметри Ламе; –вектор переміщень; – об'ємна деформація; оператор Лапласа ; вектор об'ємних сил , , ; –коефіцієнт температурного розширення. Для вирішення розглянутої задачі враховують на границі тіла нормальну та дотичну напруги:
, . (5)
Задача термопружності вирішується послідовно: спочатку задача теплопровідності (1) при відповідних крайових умовах, наприклад, (2), потім задача теорії пружності з урахуванням того, що в якості об'ємних сил приймається вектор, який виражається через температурну функцію T, знайдену з рішення задачі теплопровідності, та з урахуванням заданих на границі нормальної та дотичної напруг (5).
Для вирішення крайових задач, що описують теплові процеси і процеси термопружності в однорідних і складених тілах, розглянуто застосування сполучення варіаційних із структурним або регіонально-структурним методами.
Основна ідея варіаційно-структурного методу полягає в тому, що рішення крайової задачі шукається у вигляді формули
, (6)
яка при будь-якому виборі невизначеної компоненти Ф точно задовольняє всім або частині крайових умов різного роду і дозволяє приводити геометричну інформацію до аналітичного вигляду. Ф –функція, яку апроксимують, наприклад, поліномом ; –невизначені коефіцієнти, для знаходження яких використовується один із варіаційних методів; –функції, що задовольняють деяким умовам; , –рівняння ділянок границі області ; –відома функція; B –оператор, що залежить від форми границі області тіла та її ділянок . Цю формулу називають структурою розв'язку задачі.
Проведені дослідження виявили необхідність створення методів, стійких до похибок обчислень і збурень вхідних даних.
Другий розділ присвячений побудові нових структур розв'язку задач теплопровідності та термопружності, які мають підвищену чисельну стійкість.
Пропонується для вирішення цих задач структури розв'язку представити у диференційно-різницевій формі для одержання структур більш стійких стосовно похибок обчислень та збурень вхідних даних. Так, для задачі теплопровідності (1) з крайовими умовами (2) для однорідного тіла побудовано структуру розв'язку в диференційно-різницевій формі:
; (7)
, ; (8)
, (9)
де –нормалізоване до другого порядку рівняння границі ; .
Побудовано структуру розв'язку задачі термопружності для однорідного вісесиметричного тіла в диференційно-різницевій формі.
Варіаційна постановка задачі термопружності для однорідного вісесиметричного тіла зводиться до знаходження мінімуму функціонала:
(10)
де –коефіцієнт Пуассона; –модуль пружності для визначення і .
Вирішується задача термопружності для складеного вісесиметричного тіла, яке займає область , –границі розділу областей і , –зовнішній контур складеної області . При вирішенні враховують наступні крайові умови:
а) крайові умови задачі теплопровідності: на границі тіла розглядаються, наприклад, умови третього роду (2) з заміною Т на Т, на , на ; на границях контакту середовищ враховуються умови, наприклад, ідеального теплового контакту:
, , (11)
де Ti та –температура та коефіцієнт теплопровідності i-го середовища; –нормаль до контуру ;
б) крайові умови задачі знаходження теплових напруг: на границі області нормальна і дотична напруги (5); на границях –умови жорсткого зчіплення пружніх середовищ:
, , , , , (12)
, (13)
, (14)
де і –зовнішня нормаль і дотична до контуру ; lrj та lzj – спрямовуючі косінуси нормалі.
При використанні регіонально-структурного методу для кожного з регіонів , що не перетинаються (i = 0,1,2,...m), окремо будуються структури розв'язку так, щоб структури розв'язку для могли залежати тільки від характеру контакту середовищ, а інформацію про крайові умови містила б структура розв'язку , що визначає рішення в граничній області .
Для вирішення задачі теплопровідності в складеному вісесиметричному тілі структури розв'язку представлено в диференційно-різницевій формі.
Побудовано структури розв'язку задачі термопружності для складеного вісесиметричного тіла:
,
; (15)
;(16)
, , , , , , , , , , .
Побудовано структури розв'язку задачі термопружності для складеного вісесиметричного тіла в диференційно-різницевій формі.
Запропоновані конструктивні засоби, які необхідні для реалізації методів вирішення задач теплопровідності та термопружності при їх комп'ютерному моделюванні та повинні входити в базу знань предметної області.
Третій розділ присвячено розробці спеціалізованої інтелектуальної системи.
Одержав подальшого розвитку метод, який дозволяє автоматизувати побудову комп'ютерних моделей температурних і термомеханічних полів однорідних і складених вісесиметричних тіл за інформацією, поданою на природній професійній мові. Показано, що метод автоматизованої побудови комп'ютерних моделей полягає в тому, що поставлена задача формулюється на природній професійній мові, за одержаною інформацією з допомогою створеної бази знань і бази знань існуючої програмуючої системи будується комп'ютерна модель.
Створена база знань, яка містить базу правил і базу даних, у якій зберігаються знання системи про предметну область і способи вирішення задач; алгоритми і програми для перетворення інформації, отриманої від користувача на природній професійній мові за допомогою створеного діалогового інтерфейса, у комп'ютерну модель; алгоритми і програми для доповнення створеної бази знань новими геометричними об'єктами, крайовими умовами, структурними формулами.
База правил дозволяє швидко й ефективно будувати математичні моделі темпе- ратурних і термомеханічних полів досліджуваних тіл, програми на мові
програмуючої системи RL. Створені в даній роботі файли бази знань містять поля, значеннями яких є вирази, використані при створенні системи меню, компоненти структурних формул, рівняння границі області та її ділянок у вигляді логічних формул, описи геометричних, аналітичних об'єктів та іншу інформацію.
При автоматизованій побудові комп'ютерних моделей за допомогою створеного діалогового інтерфейса і створеної бази знань здійснюється вибір методу вирішення, структур розв'язку, рівнянь границі області та її ділянок, конструктивних засобів реалізації варіаційно-структурного і регіонально-структурного методів та інших знань. Потім автоматично будується програма на мові RL та здійснюється її запуск.
Структура бази даних та бази правил дозволяє підключати нові структурні формули, крайові умови, геометричні об'єкти.
При дослідженні рішення є можливість змінювати фізичні характеристики тіл і розташування вставок у складених тілах, кількість вузлів інтегрування, степінь і вид апроксимуючого поліному, форму структур розв'язку.
Система знань розроблена за допомогою СУБД Visual FoxPro 5.0.
Фрагменти бази правил та бази даних створеної системи "САПОТ" подані на рис. 1 - 3.
Обмін інформацією з користувачем здійснюється в процесі діалогу за допомогою розробленого діалогового інтерфейса. Інтерфейс розробленої системи реалізовано у вигляді системи меню (рис. 4, 5), пункти яких відображають поняття інженера-конструктура.
Система дозволяє проводити чисельні експерименти ще на стадії проектування нових конструкцій, апаратів та приладів для вибору раціональних конструктивних параметрів, оцінки вірогідності отриманого рішення. Ефективність побудованої системи демонструється при вирішенні конкретних задач. Наведено інструкцію з експлуатації системи.
Розроблена система є підсистемою аналізу температурних і термомеханічних полів в САПР вісесиметричних конструкцій складної форми.
У четвертому розділі побудовані конкретні комп'ютерні моделі температурних і термомеханічних полів однорідних і складених вісесиметричних тіл складної форми за допомогою розробленої системи.
Для оцінки ефективності розвинутих методів були вирішені тестові задачі. Наприклад, рішення, отримані за допомогою побудованої структури розв'язку, порівнювались з точними рішеннями крайової задачі для рівняння еліптичного типу. Встановлено, що максимальна відносна похибка при 12-у степені поліному складає 0,4 %. Побудовано залежність відносних похибок рішень, отриманих за допомогою розробленої та існуючої структури розв'язку від степеня
апроксимуючого поліному. Аналіз результатів дозволяє зробити висновок
Рис. 1. Фрагмент бази даних геометричних форм об'єктів
Рис. Фрагмент бази правил вибору методу і структур розв'язку
Рис. 3. Фрагмент бази даних структур розв'язку задачі
Рис. 4. Головне меню системи "САПОТ"
Рис. 5. Меню по дослідженню отриманого рішення
щодо ефективності розвинутого методу, його високої чисельної стійкості.
Були проведені дослідження з визначення теплового і термонапруженого стану вісесиметричних тіл, варіантів моделей поршнів ДВЗ.
Перевірка практичної збіжності результатів, порівняння результатів при використанні розвинутих методів з результатами, отриманими за допомогою існуючих методів, методу кінцевих елементів, різних апроксимаційних засобів, порівняння одержаних результатів з експериментальними даними підтверджують достовірність одержаних результатів.
В роботі розв'язані також наступні задачі:
–проведено аналіз температурних полів моделей поршнів із різною геометричною формою камери згоряння –із відкритою камерою згоряння, із напіввідкритою камерою згоряння та ін.;
–досліджено моделі складених поршнів із вставками з різних матеріалів –з коефіцієнтами теплопровідності матеріалів вставок , , , з різними геометричними формами вставок. Отримано, що збільшення коефіцієнта теплопровідності вставки сприяє зменшенню теплоперепаду між крайкою камери згоряння і периферійною зоною огневої поверхні донця поршня, що дозволяє одержати рекомендації щодо вибору раціонального матеріалу вставок, так, раціонально в поршні з матеріалу АЛ-25 застосовувати мідну вставку;
–проведено аналіз температурного поля в моделі поршня з вставкою при зсуві вставки і при різних матеріалах вставок, визначені параметри моделі поршня, при яких досягається оптимальний тепловий режим, з урахуванням обмежень на розміщення вставки.
Отримані чисельні результати можуть бути використані для вибору раціональних фізичних і геометричних параметрів на етапі проектування конструкцій, необхідних для підвищення терміну їхньої експлуатації.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі отримані результати, які відповідно до мети дослідження, у сукупності є розв'язанням актуальної проблеми автоматизації проектування технічних систем, стан яких описується крайовими задачами математичної фізики. Для розв'язання цієї проблеми була здійснена автоматизація процесів моделювання та аналізу температурних та термомеханічних полів при проектуванні однорідних і складених вісесиметричних елементів конструкцій складної форми на основі розвинутих методів вирішення крайових задач теплопровідності та термопружності за інформацією, яка подана на природній професійній мові. При виконанні роботи отримані наступні результати:
–проведений аналіз методів дослідження теплового і термонапруженого стану тіл;
–на основі вперше запропонованих структур розв'язку задач теплопровідності та термопружності, які мають підвищену стійкість до похибок обчислень та збурень вхідних даних, одержали подальшого розвитку методи моделювання температурних та термомеханічних полів однорідних і складених вісесиметричних тіл складної форми. Побудовані комп'ютерні моделі температурних і термомеханічних полів вісесиметричних тіл складної форми дозволяють проводити дослідження в широкому діапазоні зміни геометричних та фізичних параметрів;
–одержали подальшого розвитку конструктивні засоби дослідження термонапруженого стану складених вісесиметричних тіл на основі побудованих нових структурних моделей термомеханічних полів;
–одержав подальшого розвитку метод автоматизованої побудови комп'ютерних моделей температурних і термомеханічних полів однорідних і складених вісесиметричних тіл за інформацією, поданою на природній професійній мові;
–створена математична база діалогової системи –математичні моделі і методи вирішення задач теплопровідності і термопружності для однорідних і складених вісесиметричних тіл, конструктивні засоби для реалізації варіаційно-структурного та регіонально-структурного методів дослідження моделей;
–на основі запропонованих моделей вперше створена база знань предметної області, яка містить: а) базу даних з математичними моделями температурних і термомеханічних полів тіл, конструктивними засобами для реалізації варіаційно-структурного та регіонально-структурного методів їхніх досліджень, геометричними формами об'єктів, їхніми фізичними характеристиками; б) базу правил, що дозволяють автоматизувати вибір методу і структур розв'язку, рівнянь границі області та її ділянок та іншу інформацію, необхідну для автоматизації процесу комп'ютерного моделювання; в) засоби перетворення інформації, отриманої від користувача на природній професійній мові за допомогою створеного діалогового інтерфейса, у комп'ютерну модель; г) засоби, що дозволяють доповнювати створену базу знань новими структурними формулами, крайовими умовами, геометричними об'єктами;
–розроблений діалоговий інтерфейс для роботи користувача в розробленій системі, що реалізований у вигляді меню, які послідовно розгортаються, пункти яких відображають поняття інженера-конструктора;
– одержали подальшого розвитку засоби для автоматизації вирішення задач проектування, які застосовані в створеній спеціалізованій системі "САПОТ", в якій реалізуються розроблені методи. Система призначена для комп'ютерного моделювання та аналізу температурних та термомеханічних полів вісесиметричних елементів конструкцій за інформацією, поданою на природній професійній мові;
–отримані чисельні результати досліджень задач теплопровідності та термопружності для однорідних та складених вісесиметричних тіл складної форми, які вперше розв'язані за допомогою розроблених методів і розробленої системи. Дослідження проведені при різних фізичних і геометричних параметрах тіл і дозволяють визначати характеристики, що відповідають оптимальним режимам функціонування. Описана інструкція з експлуатації системи "САПОТ". Достовірність отриманих результатів підтверджується порівнянням із результатами, отриманими при використанні різних структур розв'язку, апроксимаційних засобів, порівнянням з результатами, отриманими чисельними методами, з експериментальними даними.
Застосування системи "САПОТ" дозволяє ще на стадії проектування проводити чисельні експерименти для визначення раціональних конструктивних параметрів виробів, оцінки достовірності отриманого рішення.
Запропоновані в роботі методи, моделі, алгоритми, програми застосовуються для вирішення задач дослідження температурних і термомеханічних полів у двигунах внутрішнього згоряння, що дозволяє підвищити ефективність процесів моделювання та аналізу температурних та термомеханічних полів. Впровадження результатів дисертаційної роботи при проектуванні елементів конструкцій складної форми дозволяє скоротити терміни проектування, знизити витрати на проектування та створення конструкцій.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
АНОТАЦІЯ
Грицюк К. М. Автоматизація процесів моделювання та аналізу температурних та термомеханічних полів при проектуванні вісесиметричних тіл складної форми. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 – системи автоматизації проектувальних робіт. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2002.
Дисертаційна робота присвячена розробці ефективних методів розв'язання крайових задач теплопровідності та термопружності для вісесиметричних тіл, а також побудові спеціалізованої інтелектуальної системи для автоматизації процесів моделювання та аналізу температурних та термомеханічних полів при проектуванні вісесиметричних тіл складної форми.
Побудовані нові структури розв'язку задач теплопровідності та термопружності, які мають підвищену чисельну стійкість.
Запропоновано метод автоматизованої побудови комп'ютерних моделей температурних та термомеханічних полів вісесиметричних тіл за інформацією, яка подана на природній професійній мові.
Створена спеціалізована система знань "САПОТ", яка дозволяє за допомогою зручного діалогового інтерфейса ефективно та оперативно проводити чисельні експерименти з метою вибору раціональних конструктивних параметрів виробів, оцінки вірогідності отриманого рішення.
Ключові слова: проектування, аналіз, математичне моделювання, крайові задачі, чисельна стійкість, інтелектуальна система, діалоговий інтерфейс.
АННОТАЦИЯ
Грицюк Е. М. Автоматизация процессов моделирования и анализа температурных и термомеханических полей при проектировании осесимметричных тел сложной формы. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 – системы автоматизации проектных работ. – Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2002.
Диссертационная работа посвящена разработке эффективных методов решения краевых задач теплопроводности и термоупругости для осесимметричных тел, а также созданию интеллектуальной специализированной системы для автоматизации процессов моделирования и анализа температурных и термомеханических полей при проектировании осесимметричных тел сложной формы.
Проведенные исследования показали, что при решении актуальных задач с использованием систем автоматизированного проектирования возникает необходимость расчета различных физико-механических полей, математическими моделями которых являются краевые задачи для дифференциальных уравнений с частными производными.
На основе построенных новых структур решения задач теплопроводности и термоупругости, обладающих повышенной численной устойчивостью, развиты методы моделирования температурных и термомеханических полей однородных и составных осесимметричных тел сложной геометрической формы.
Представлены конструктивные средства исследования термонапряженного состояния составных осесимметричных тел сложной формы на основе построенных новых структур решения задачи термоупругости.
Предложен метод автоматизированного построения компьютерных моделей температурных и термомеханических полей однородных и составных тел по информации, представленной на естественном профессиональном языке.
В основу математического моделирования положены теория теплопроводности и термоупругости, вариационно-структурный и регионально-структурный методы решения соответствующих краевых задач.
Создана математическая база для разработанной системы знаний, которая включает математические модели и методы решения задач теплопроводности и термоупругости для однородных и составных осесимметричных элементов конструкций, конструктивные средства для реализации вариационно-структурного и регионально-структурного методов исследования моделей.
Создана база знаний предметной области, которая содержит: базу данных с математичекими моделями температурных и термомеханических полей тел, конструктивными средствами для реализации вариацианно-структурного и регионально-структурного методов их исследований, геометрическими формами объектов, их физическими характеристиками; базу правил, которые позволяют автоматизировать выбор метода и структур решения, уравнений границы области, ее участков, и другую информацию, необходимую для автоматизации процесса компьютерного моделирования; средства преобразования информации, полученной от пользователя на естественном профессиональном языке с помощью созданного диалогового интерфейса, в компьютерную модель, а также средства для дополнения созданной базы знаний новыми структурами решения, краевыми условиями, геометрическими объектами.
Разработан диалоговый интерфейс для работы пользователя в системе, реализованный в виде последовательно разворачивающихся меню, пункты которых отображают понятия инженера-конструктора.
Создана специализированная система знаний "САПОТ", реализующая разработанные методы, которая позволяет с помощью созданного диалогового интерфейса эффективно и оперативно проводить численные эксперименты с целью выбора рациональных конструктивных параметров изделий, оценки достоверности полученного решения.
Разработанная система представляет собой подсистему анализа температурных и термомеханических полей в САПР осесимметричных конструкций сложной геометрической формы.
Получены численные результаты исследований задач теплопроводности и термоупругости для однородных и составных осесимметричных тел сложной геометрической формы. Исследования проведены при разных физических и геометричеких параметрах тел и позволяют определять характеристики, которые отвечают оптимальным режимам функционирования. Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением с результатами, полученными при использовании разных структур решения, аппроксимационных средств, сравнением с результатами, полученными численными методами, с экспериментальными данными.
Ключевые слова: проектирование, анализ, математическое моделирование, краевые задачи, численная устойчивость, интеллектуальная система, диалоговый интерфейс.
ABSTRACT
Gritsyuk K.M. Automation of the processes of modeling and analyzing of temperature and thermomechanical fields when axle-symmetrical bodies of complex form are designed. – Мanuscript.
Dissertation for a candidate degree of the technical sciences on the speciality 05.13.12 –systems of automation of design works – Kharkоv National University of Radioelectronics, Kharkоv, 2002.
The dissertation is devoted to the development of effective methods for solving the boundary value problems of heat conductivity and thermal elasticity problem for axle-symmetrical bodies of complex form and creation of the intelligent specialized system for automation of the processes of modeling and analyzing of the temperature and thermomechanical fields when axle-symmetrical bodies of complex form are designed.
The new structures of solving of tasks of heat conductivity and thermal elasticity problem, which have higher numerical stability, are constructed.
The method of computer-aided construction of computer models of temperature and thermomechanical fields of axle-symmetrical bodies with the help of information which given in a natural professional language is offered.
The specialized knowledge based system "SAPOT", which allows to effectively and operatively carry out numerical experiments to select the rational constructive parameters of products, to estimate the authenticity of received solutions with the help of suitable dialogue interface, is created.
Key words: design, analyzing, mathematical modeling, boundary value problems, numerical stability, intelligent system, dialogue interface.
Підп. до друку 06.06.02. Формат 60ґ84 /.
Умов. друк. арк. 1,0. Облік.-вид. арк. 0,9. Тираж 100.
Зам. № .
Надруковано в учбово-виробничому видавничо-поліграфічному центрі ХНУРЕ.
Україна, 61166 Харків, просп. Леніна, 14.