Автореферати та дисертаційні роботи
Permanent URI for this collectionhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/2995
Browse
6 results
Search Results
Item Підвищення ефективності ребристо-стержневої випромінювальної структури з використанням плазмового розряду(Національний університет "Львівська політехніка", 2020) Тепляков, Іван Юрійович; Гоблик, Віктор Васильович; Національний університет "Львівська політехніка"; Козловський, Валерій Валерійович; Плющ, Олександр ГригоровичУ дисертаційній роботі розв’язано актуальне науково-практичне завдання розроблення методу підвищення ефективності випромінювання РСС шляхом використання плазмового розряду та зміни параметрів модуляції ПІ. Для цього було використано математичне та імітаційне моделювання, яке дало змогу дослідити та виявити конструктивні параметри ПІ РСС, співрозмірної з довжиною хвилі у вільному просторі, при яких досягається поперечне випромінювання, підвищити спрямованість якого вдалося заміною металевого стержня плазмовим розрядом. За допомогою високорівневої інтерпретованої мови програмування «Python» розроблено комп’ютерний засіб з використанням об’єктно-орієнтованої методології програмування, призначений для автоматизації розв’язку задачі аналізу РСС скінченних розмірів на основі методу наведених ЕРС. Розроблено експериментальний зразок РСС довжиною 4λ0, в якій використано плазмовий розряд замість металевого стержня для верифікації розроблених моделей та оцінки підвищення її ефективності випромінювання. Отримана форма та ефективні геометричні розміри РСС з використанням плазмового розряду підвищили КСД на 3,592 дБ у поперечному напрямку відносно головної осі структури. В диссертационной работе решена актуальная научно-практическая задача разработки метода повышения эффективности излучения ребристо-стержневой структуры путем использования плазменного разряда и изменения параметров модуляции поверхностного импеданса. Для этого было использовано математическое и имитационное моделирование, которое дало возможность исследовать конструктивные параметры поверхностного импеданса ребристо-стержневой структуры, соразмерной с длиной волны в свободном пространстве, при которых достигается поперечное излучение, повысить направленность которого удалось заменой металлического стержня плазменным разрядом. С помощью высокоуровневого интерпретированного языка программирования «Python» разработана программа с использованием объектно-ориентированной методологии программирования, предназначенная для автоматизации решении задачи анализа ребристо-стержневой структуры конечных размеров на основе метода наводимых электродвижущих сил. Разработан экспериментальный образец ребристо-стержневой структуры длиной 4λ0, в которой был использован плазменный разряд вместо металлического стержня для верификации разработанных моделей и оценки повышения ее эффективности излучения. Полученная форма и эффективные геометрические размеры ребристо-стержневой структуры с использованием плазменного разряда повысили коэффициент направленного действия на 3,592 дБ в поперечном направлении относительно главной оси структуры. The thesis presents the contribution to the solution of the scientific and practical task of method development for increasing of a corrugated-rod structure radiation efficiency by plasma discharge using and modulation parameters changing of the surface impedance. Mathematical and simulation modeling was used for investigation of the surface impedance constructive parameters of the corrugated-rod structure which is proportionated to wavelength in free space for achievement of transverse radiation and as a result directivity had been improved by the metal rod replacing with plasma discharge. The author used high-level interpreted programming language «Python» for program development using object-oriented programming methodology for solution automation of the corrugated-rod structure problem analyzing with finite dimensions based on induced electromotive forces method. An experimental model of the corrugated-rod structure has been designed where plasma discharge was used instead of a metal rod for developed models verification and evaluation of radiation efficiency increasing. The resulting shape and the effective geometric dimensions of the corrugated-rod structure based on plasma discharge increased the directivity by 3,592 dB in the transverse direction relative to the main axis of the structure.Item Методи і засади створення високошвидкісних безконтактних електричних машин з постійними магнітами(Національний університет "Львівська політехніка", 2017) Макарчук, Олександр ВолодимировичДисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-технічної проблеми — розробці теоретично-прикладної бази для створення високошвидкісних безконтактних електричних машин зі збудженням від постійних магнітів (ВБПМ). Технічні об’єкти, що використовують електричні машини, які обертаються з частотою 20 ^ 200 тис. об/хв, — когенераційні енергоагрегати, турбодетандери, системи буферизації енергії, металообробні верстати та ін. — є предметом постійної уваги фахівців з цілого світу. Це переконливо підтверджує актуальність даної проблематики. Робота містить опис методів і алгоритмів, пов’язаних з визначенням розмірів та обмоткових даних, розрахунком електромагнітних навантажень, параметрів, статичних характеристик та оцінкою теплового стану таких машин. Oбґрунтовані рекомедації стосовно вибору конструкції ротора і обмотки статора, матеріалів з необхідними фізичними властивостями, типу підшипникових опор та способу їх змащування, системи охолодження. Для уточнення та перевірки проектних показників створено низку високоадекватних математичних моделей, складених на підставі рівнянь, що описують фізичні поля різної природи, й призначені для розрахунку додаткових втрат в обмотці статора та в полюсах індуктора, динамічних процесів у ВБПМ як елементі електромеханотронної системи, максимальних механічних напружень у роторі, критичних частот обертання і температурного поля. Таким чином, створений проектно-конструкторський комплекс дає змогу: проводити оцінку відповідності отриманих показників машини вимогам технічного завдання; виконувати підготовку вхідної інформації для подальшого використання у польових математичних моделях, скорочуючи час багатоваріантних, можливо оптимізаційних, розрахунків; виконувати уточнення проектних показників з урахуванням чинників, які здійснюють визначальний вплив на перебіг процесів у ВБПМ у їх взаємозв’язку; верифікувати результати ще на етапі прийняття проектних рішень. Розглянута сукупність науково обґрунтованих засобів інформаційно- обчислювальної підтримки процесу створення ВБПМ, за використання технології віртуальних цифрових прототипів, гарантує відповідність проекту вимогам технічного завдання й не потребуватиме виконання дороговартісних етапів виготовлення фізичних макетів та проведення їх експериментальних випробувань. Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической проблемы — разработке теоретико-прикладной базы для создания высокоскоростных бесконтактных электрических машин с возбуждением от постоянных магнитов (ВБПМ). Разнообразие технических задач, решение которых требует использования ВБПМ, диктует повышенные требования к их показателям и характеристикам. Попытки убовлетворить эти требования проявляют всю многомерность проблемы и охватывают задачи развития теории проектирования, разработку и внедрение новейших конструкционных решений, технологических процессов и т.п. Технические объекты, использующие электрические машины которые вращаются с частотой 20 ^ 200 тыс. об/мин, — когенерационные энергоагрегаты, турбодетандеры, системы буферизации энергии, металлообрабатывающие станки и пр. — постоянно выступают предметом исследования специалистов со всего мира. Это является убедительным подтверждением актуальности данной проблематики и позволяет утверждать, что производство высокоскоростных електрических машин, в частности с возбуждением от постоянных магнитов, может рассматриваться как самостоятельное направление электромашиностроения. Вся совокупность теоретических методов, практических рекомендаций и програмного обеспечения, описаная в работе, объеденена в некий проектно-конструкторский комплекс, который состоит из: системы анализа проектных решений, системы анализа конструкторских решений, и системы FEM-анализа (англ. The Finite Element Method). Система анализа проектных решений предусматривает выбор материалов с необходимыми физическими свойствами, определение размеров и обмоточных данных, расчет электромагнитных нагрузок, параметров, статических характеристик и оценку теплового состояния ВБПМ. Система анализа конструкторских решений включает рекомедации по выбору конструкции ротора и обмотки статора, типам подшипниковых опор, способам их смазывания и охлаждения. Система FEM-анализа содержит ряд високоадекватних математических моделей, составленных на основании уравнений, описывающих физические поля различной природы и предназначенных для расчета дополнительных потерь в обмотке статора и в полюсах индуктора, динамических процессов в ВБПМ как элементе електромеханотронной системы, максимальных механических напряжений в роторе, критических частот вращения и температурного поля машины. Полевые модели для решения задач электродинамики или магнитостатики учитывают: действительную форму поперечного сечения магнитопровода ВБПМ; двухмерное пространственное распределение векторного магнитного потенциала и, как следствие, фазные потокосцепления, ЕДС и электромагнитный момент определяются с учетом всех пространственных гармоник поля; эффект насыщения магнитопровода ВБПМ; нелинейность характеристик полупроводниковых элементов коммутирующего устройства. Задачи расчетов полей смещений рассматриваются в трехмерной постановке, которая дает возможность учесть наличие осевой составляющей механического напряжения, а модальный анализ матрицы жесткости проводится во вращающейся системе координат с учетом гироскопического эффекта и конечной жесткости опор ротора. Задачи стационарной тепропередачи учитывают объемное распределение потерь мощности в активных частях ВБПМ и анизотропию теплопроводности обмотки и магнитопровода статора. Таким образом, созданый проектно-конструкторский комплекс позволяет: проводить оценку соответствия полученных показателей машины требованиям технического задания; выполнять подготовку входной информации для дальнейшего использования полевыми математическими моделями, сокращая время многовариантных, возможно оптимизационных, расчетов; выполнять уточнение проектных показателей с учетом факторов, осуществляющих определяющее влияние на процессы в ВБПМ в их взаимосвязи; верифицировать результаты еще на этапе принятия проектных решений. Рассмотреная совокупность научно обоснованных средств информационно-вычислительной поддержки процесса создания ВБПМ, при использовании технологии виртуальных цифровых прототипов, гарантирует соответствие проекта требованиям технического задания и позволяет избежать выполнения дорогостоящих этапов изготовления физических макетов и проведения их экспериментальных испытаний. The dissertation is dedicated to actual scientific and technical problem solving — the development of the theoretical basis to create a high-speed brushless electrical machines with permanent magnet excitation (HBPM). Technical objects that use electric machines which rotate at a frequency of 20 ^ 200 thousands rpm (cogeneration plant, turboexpanders, flywheel storage system, machine tools, etc.) are the subject of research by experts all over the world. This is cogent argumentation of the importance of this problem. Study includes design decisions which are relating to the definition of size and winding data, a calculation of electromagnetic loads, parameters, static behavior and the thermal condition of this machine. Guidance for the selection of the rotor and stator construction, materials with the necessary physical properties, types of bearings and the method of its lubrication, cooling systems is justified. Adequacy mathematical models were developed on the basis of the equations, which are describing the physical fields of different nature, to clarify and verify design parameters. They were designed to calculate the additional losses in the stator winding and the inductor poles, dynamic processes in HBPM as an element of mechatronic system, mechanical stress in the rotor, critical speed and the temperature field of the machine. Thus, the creation of design system allows: to check a project on satisfaction of the requirements of performance specification; to prepare input data for further using by adequaсy mathematical models for shortening the time of multiple calculations; to take into account an interconnectivity of the important factors, which effect a determining influence on the processes in HBPM; to verify the results still at the stage of design solutions. A set of science based tools of data processing support of the process of creating HBPM uses technology of virtual digital prototypes. It allows to avoid an expensive constructions stages of physical prototypes experimental tests on these prototypes.Item Науково-прикладні основи проектування функціонально-орієнтованих технологій машинобудування засобами паралельного інжинірингу(Національний університет "Львівська політехніка", 2015) Ступницький, Вадим ВолодимировичУ дисертації розроблені науково-прикладні засади забезпечення комплексних показників експлуатаційної якості деталей машин на основі впровадження методології функціонально-орієнтованого проектування технологій механічного оброблення машинобудівних виробів засобами паралельного інжинірингу. Створено методичне та алгоритмічне забезпечення автоматизованої підсистеми формоутворення виробів в складі інтегрованої системи конструкторсько-технологічної підготовки машинобудівного виробництва. Розроблено наукові основи імітаційного моделювання технологічних операцій і переходів та комплекс функціональних модулів та аналітично-прикладних програм формування точнісних, термічно-деформаційних, мікрогеометричних та структурно-фазових параметрів оброблюваних поверхонь. Поставлено та розв’язано задачу багатокритеріальної оптимізації функціонально-орієнтованого технологічного процесу на основі розрахунку інтегрального кваліметричного показника, який системно характеризує зносостійкість, втомну міцність, корозійну стійкість тощо найбільш навантажених поверхонь виробу і отримується як результат формування в процесі формоутворення мікротопології поверхневого шару, залишкових напружень та деформацій. Диссертационная работа посвящена решению актуальной научно-технической проблемы - разработке научно-прикладных основ обеспечения комплексных показателей эксплуатационного качества деталей машин путем внедрения методологии функционально-ориентированного проектирования технологий механической обработки машиностроительных изделий средствами параллельного инжиниринга. Обеспечение основных эксплуатационных свойств изделия (износостойкости, усталостной прочности, маслоемких и антикоррозионных свойств функциональных поверхностей и т.п.) в значительной мере обуславливается не только назначенными конструктором нормами точности и качества отдельных поверхностей изделия, но и такими важными факторами, как микротопология поверхностей, остаточные напряжения и деформации поверхностного слоя и тому подобное. Но формирование этих характеристик изделия зависит от структуры и параметров технологического процесса его изготовления и не может быть априорно пронормировано конструктором. Поэтому без реализации рекуррентных связей технологического этапа подготовки производства с предыдущими этапами конструкторского и инженерного анализа невозможно учесть влияние структуры и параметров операций и переходов на формирование квалиметрических показателей работы изделия в целом. Системный принцип реализации жизненного цикла продукции требует непосредственной связи технологического этапа с эксплуатационным этапом, а не только их опосредованной связи через обеспечение условий и ограничений, сформулированных на конструкторском этапе. Этим обеспечивается принцип параллельного инжиниринга в модернизированной PLM-системе (Product Life Management). Поэтому копирование общепринятого алгоритма технологического проектирования существенно ограничивает потенциал интегрированной автоматизированной конструкторско-технологической системы подготовки машиностроительного производства. Таким образом, для комплексного обеспечения жизненного цикла машиностроительной продукции (PLM-системы) является актуальным создание и внедрение научных и прикладных основ проектирования функционально-ориентированных технологий (ФОТ). Главной особенностью ФОТ является то, что первичным в формировании структуры и параметров технологических операций и переходов является обеспечение средствами параллельного инжиниринга комплекса функционально-эксплуатационных свойств изделия при соблюдении заданных конструктором параметров точности и качества поверхностей, ресурса работы, а также организационных и технико-экономических ограничений. Методология функционально-ориентированного проектирования основана на системе параллельного инжиниринга CAPE (Concurrent Art-to-Product Environment - система поддержки параллельного проектирования (Concurrent engineering)) с параметрическими связями между элементами моделей, узлов и программными модулями. Многослойность цифровой модели изделия и координационные функции CAPE-системы позволяют существенно сократить цикл создания изделия, повысить технический уровень проектов, избежать нестыковок и ошибок в результате взаимосвязи и контролируемости информации на всех стадиях технологического проектирования. Особенностью внедрения функционально-ориентированных технологий для эффективной реализации методологии PLM в машиностроении на основе принципа параллельного проектирования является использование CAF-системы (Computer Aided Forming). В основе этой системы положен анализ имитационной реологической модели отдельных технологических переходов и комплекс функциональных модулей и аналитических приложений формирования точностных, термодеформационных, микрогеометрических и структурно-фазовых параметров обрабатываемых поверхностей. CAF-система органично дополняет существующий интегрированный комплекс CAD/CAE/CAPP/CAM систем, обеспечивая прогностическую возможность имитационного моделирования и установления зависимости основных квалиметрических показателей изделия от структуры и параметров технологического процесса механической обработки детали. Базовая методология построения функционально-ориентированного технологического процесса предусматривает решение ряда проблем, связанных с адекватным имитационным моделированием напряженно-деформированного состояния деталей в процессе их формообразования. В соответствии с обобщенным алгоритмом функционирования CAF-системы, результаты анализа напряженно-деформированного состояния поверхностей в процессе их формообразования позволяют осуществить моделирование микротопологии поверхностей, остаточных напряжений и деформаций, а также - сформировать прогностические связи между структурой и параметрами технологического процесса обработки деталей и доминирующими эксплуатационными свойствами деталей (обеспечение износостойкости, усталостной прочности, коррозионной стойкости, триботехнических показателей качества подвижных соединений и т.п.). Таким образом, в результате теоретических и экспериментальных исследований решена важная научно-прикладная задача технологического проектирования операций механической обработки машиностроительных изделий на основе прогностических результатов анализа имитационного моделирования напряженно-деформированного и термодинамического состояния детали в процессе формообразования функциональных поверхностей этих изделий. При этом впервые разработаны научные основы проектирования функционально-ориентированных технологических процессов, что позволило создать концепцию системного обеспечения комплекса эксплуатационных показателей машиностроительных изделий. The scientific and applied principles which provide complex indexes of operational quality machine parts based implementation methodology functionally-oriented design of machining technology of concurrent products engineering in thesis developed. A methodical and algorithmic support of the automated subsystems forming products as part of an integrated system of design and technological machine production process engineering. The scientific basis of manufacturing operations simulation and complex transitions and functional modes and analytical applications accuracy formation, thermally and deformation, mikrogeometrical and structural phase parameters of machined surfaces. Set and solved the problem of multi-objective optimization function-oriented process by calculating integral qualimetric index, which systematically describes the wear resistance, fatigue strength, corrosion resistance most loaded surfaces of the product obtained as a result of the formation process of microstructure surface layer forming, residual stresses and strains.Item Забезпечення міцності локально навантажених довгомірних циліндричних оболонкових конструкцій(Національний університет "Львівська політехніка", 2014) Новіцький, Юрій ЯрославовичУ дисертаційній роботі досліджено напружено-деформований стан локально навантажених довгомірних оболонкових конструкцій на прикладі надземних балкових переходів магістральних газопроводів, що взаємодіють з жорсткими робочими органами малогабаритного мобільного підйомника в процесі проведення ремонтно-профілактичних робіт. Проведено комп’ютерне та математичне моделювання локальної взаємодії тонкостінної оболонки з жорсткими роликами робочого органу підйомника. На основі аналізу одержаних результатів визначено вплив конструктивних параметрів підйомника на міцність трубопроводу. Показано, що небезпечні локальні напруження, які виникають внаслідок контактної взаємодії тонкостінної оболонки, що знаходиться під дією тиску газу, з жорстким роликом, розташовані на внутрішній поверхні оболонки, цілком недоступній для діагностичних вимірювань у процесі виконання ремонтних робіт. Наведено експериментальне підтвердження основних теоретичних положень та припущень. Запропоновано нову ефективну та безпечну конструкцію підіймального пристрою для проведення ремонтно-профілактичних робіт на надземних балкових переходах магістральних газопроводів великого діаметра. Stress-strain state of the local loaded long cylindrical shell-type constructions - beam type overpassages of the gas-main pipeline, which arises from the contact interaction of the shell with hard work by compact mobile lift in the process of repair and maintenance work was studied in this dissertation. Computer and mathematical modeling of local interactions walled shell with rigid casters working body lift performed by analyzing the simulation results and the influence of design parameters on the strength of the lift pipe. Dangerous local tensions that arise in a thin-walled shell under the pressure of the gas at the site of contact with a hard roller located on the inner surface of the shell. This fact makes it impossible to process diagnostic measurements during repair work. Experimental confirmation of the main theoretical solutions and a priori knowledge are made to establish the degree of adequacy of the computer model. A new efficient and safe design of lifting device is proposed in the implementation for repair and maintenance work above beam type overpassages of large diameter gas-main pipelines. В диссертационной работе исследовано напряженно-деформированное состояние локально нагруженных длинномерных оболочечных конструкций на примере надземных балочных переходов магистральных газопроводов, взаимодействующих с жесткими рабочими органами малогабаритного мобильного подъемника в процессе проведения ремонтно-профилактических работ. Необходимость использования малогабаритных мобильных подъёмников для проведения ремонтно-профилактических работ на балочных переходах магистральных газопроводов исходит из невозможности применения для этих целей тяжелой подъёмной техники вследствие отсутствия подъездных путей, поскольку надземные балочные переходы магистральных газопроводов располагаются в устьях и поймах рек, на болотах, в ущельях и других труднодоступных местах. Цель работы состоит в обеспечении прочности длинномерных цилиндрических оболочечных конструкций с учетом локальных нагрузок, обусловленных взаимодействием этих конструкций с опорными узлами подъемных устройств. Методика исследований: компьютерное моделирование процесса контактного взаимодействия тонкостенной оболочки и жестких опорных роликов подъемника с помощью метода конечных элементов; проверка адекватности результатов компьютерного моделирования путём построения математических моделей в виде систем дифференциальных уравнений в частных производных; экспериментальное определение локальных изгибающих напряжений с использованием электротензометрии. Результаты. Исследовано напряженно-деформированное состояние локально нагруженных длинномерных оболочечных конструкций трубопроводов надземных балочных переходов магистральных газопроводов большого диаметра, обусловленное их локальным контактным взаимодействием с жесткими рабочими органами малогабаритного мобильного подъемника в процессе проведения ремонтно-профилактических работ на балочных переходах. На основании анализа результатов компьютерного и математического моделирования определено влияние конструктивных параметров рабочего органа подъемника на прочность трубопроводов. Показано, что опасные локальные напряжения, возникающие вследствие контактного взаимодействия тонкостенной оболочки, находящейся под действием давления газа, с жесткими роликами цепи подъёмника, располагаются на внутренней поверхности оболочки, полностью недоступной для диагностических измерений в процессе выполнения ремонтных работ. Поэтому точный прочностной расчет напряженно-деформированного состояния трубопровода и меры по обеспечению его прочности являются единственным методом безопасного проведения ремонтно-профилактических работ балочных переходов магистральных газопроводов. Научная ценность заключается в дальнейшем развитии методологии анализа локального взаимодействия цилиндрических оболочечных конструкций с жесткими телами путём сочетания метода конечных элементов и аналитических методов общей теории оболочек, а также в усовершенствовании способа оценки точности расчета напряженно-деформированного состояния локально нагруженных цилиндрических оболочечных конструкций в зонах их контактного взаимодействия с жесткими телами. Практическая ценность заключается в теоретическом обосновании и экспериментальном подтверждении условий безопасного взаимодействия длинномерных цилиндрических оболочек с жесткими роликами рабочего органа подъемника и разработке нового эффективного и безопасного способа ремонта надземных балочных переходов магистральных газопроводов большого диаметра. Преимущества предложенной конструкции подъемника и методики расчета напряженно-деформированного состояния трубопровода состоят в возможности эффективного и безопасного проведения ремонтно-профилактических работ надземных балочных переходов магистральных газопроводов большого диаметра без вывода их из эксплуатации, а также без применения тяжелой подъемной техники.Item Математичне моделювання в’язкопружного стану деревини у процесі сушіння як багатофазної системи(Національний університет "Львівська політехніка", 2013) Мокрицька, Ольга ВолодимирівнаДисертація присвячена вирішенню наукової задачі математичного моделювання деформаційно-релаксійних і тепломасообмінних процесів у гігроскопічних капілярно-пористих матеріалах як анізотропних трифазних середовищах, що має важливе значення для розроблення та обґрунтування енергоощадних технологій гідротермічного оброблення деревини із забезпеченням необхідної якості продукції. Сформульовано математичну модель тепломасоперенесення для періодів сталої і спадаючої швидкості сушіння капілярно-пористих матеріалів. Побудовано математичну модель реологічної поведінки деревини як трифазного середовища з врахуванням анізотропії тепломеханічних характеристик. Розроблено прикладне програмне забезпечення для чисельної реалізації математичних моделей на основі адаптації методу скінченних елементів. Об’єктно-орієнтоване програмне забезпечення базується на задокументованих класах, що уможливлює їх повторне використання. Показано задовільну узгодженість результатів математичного моделювання з відомими експериментальними дослідженнями для часткових випадків, що підтверджує адекватність побудованих математичних моделей. Розв’язано важливу для процесу сушіння задачу визначення в’язкопружного деформування деревини як трифазної системи з врахуванням анізотропії тепломеханічних характеристик. Встановлено нові закономірності впливу технологічних параметрів сушіння на процеси в’язкопружного деформування і тепломасоперенесення у твердій, рідкій і паровій фазах для деревини. Диссертация посвящена решению научной задачи математического моделирования деформационно-релаксационных и тепломассообменных процессов в гигроскопичных капиллярно-пористых материалах как анизотропных трехфазных средах, которая имеет важное значение для разработки и обоснования энергосберегающих технологий гидротермической обработки древесины при обеспечении требуемого качества продукции. Построена математическая модель реологического поведения древесины как трехфазной среды, состоящей из твердой (древесное вещество), жидкой и паровоздушной фаз с учетом анизотропии тепломеханических характеристик, которая позволяет учитывать упругие и вязкоупругие деформации древесины в зависимости от изменения капилярно-пористой структуры материала. Совокупность микрокапиляров представляет собой систему цилиндров в клетках древесины с переменным радиусом в зависимости от влажности в гигроскопической области древесины. Система макрокапиляров древесины моделируется различными анатомическими элементами для разных пород и описывается совокупностью параллельных капилляров различных радиусов в клеточных стенках древесины. Математическое моделирование связи между компонентами напряжений и деформаций для твердой фазы (древесина скелета) с учетом анизотропии механических свойств базируется на интегральных уравнениях Больцмана – Вольтера, которые дополнены зависимостью усыхания гигроскопических материалов от влажности. Математические модели для определения концентрации жидкости и пара, воздуха и паровоздушной смеси в древесной пластине предложены в виде дифференциальных уравнений влагопроводности с граничными условиями, характерными для первого и второго процессов сушки. Основываясь на известных решениях этих дифференциальных уравнений, а также уравнений состояния газовой фазы и закона Дальтона с учетом доли свободного объема материала от жидкости, получены общие закономерности распределения влажности и концентрации газовой смеси в древесной пластине. Разработано объектно-ориентированное прикладное программное обеспечение для численной реализации полученных математических моделей вязко-упругого деформирования древесины с учетом многофазности, которое базируется на задокументированных классах, что позволяет их повторное использование в рамках компонентного подхода для разработки других прикладных программных средств. Для численной реализации математической модели адаптирован метод конечных элементов на вязко-упругую область деформирования гетерогенной среды. Для этого получено эквивалентное вариационное формулирование математической модели определения вязко-упругого состояния на основе использования принципа минимума полной потенциальной энергии. Показано удовлетворительную согласованность результатов математического моделирования с известными экспериментальными исследованиями для частных случаев, что подтверждает адекватность построенных математических моделей. Решена важная для процесса сушки задача определения вязко-упругого деформирования древесины как трехфазной системы с учетом анизотропии тепломеханических характеристик. Установлены новые закономерности влияния технологических параметров сушки на процессы вязкоупругого деформирования и тепломассопереноса в твердой, жидкой и паровой фазах для древесины. Учет различных механизмов переноса в фазах позволяет уточнять технологические характеристики процесса сушки. The thesis is devoted to the solution of scientific problems of mathematical modeling of deformation-relaxation and heat and mass transfer processes in hygroscopic capillary-porous materials as three-phase anisotropic environments, which is essential for the development and grounding of energy-saving technologies for hydrothermal wood treatment, provided that the required product quality is achieved. Mathematical model of heat and mass transport for periods of constant and falling drying rate of capillary-porous materials is formulated. Mathematical model of the rheological behavior of wood as a three-phase environment, taking into account the anisotropy of heat and mechanical properties, is developed. Applied software for numerical implementation of mathematical models based on adaptation of finite element method is developed. Object-oriented software is based on documented classes, allowing to reuse them. Satisfactory agreement of the results of mathematical modeling with known experimental studies for particular instances is shown, thus confirming the adequacy of the developed mathematical models. An important task of defining visco-elastic deformation of wood as a three-phase system, taking into account the anisotropy of mechanical properties, is solved. New regularities for influence of technological parameters on visco-elastic deformation and heat and mass transport in solid, liquid and vapor phases in the process of drying wood were found out.Item Математичне моделювання неізотермічного вологоперенесення і в’язкопружного стану у деревині в процесі сушіння(Національний університет "Львівська політехніка", 2010) Бакалець, Антон ВасильовичДисертація присвячена актуальній науковій задачі розробки математичної моделі дослідження тепломасоперенесення та в’язкопружного деформування деревини у процесі сушіння, яка враховує анізотропність та змінність тепломеханічних харакеристик. Реалізацію сформульованої математичної моделі здійснено методом скінченних елементів, який розвинуто на випадок дослідження в’язкопружного стану з врахуванням накопичення незворотних деформацій. Для моделювання реологічної поведінки деревини апроксимовані відомі експериментальні дані повзучості деревини під навантаженням та після розвантаження. Шляхом об’єктно-орієнтованого аналізу спроектовано та здійснена програмна реалізація моделі у вигляді задокументованих класів, що можуть бути використані повторно для реалізації інших моделей. Сформульовано та розв’язано оптимізаційну задачу вибору режимних параметрів процесу сушіння з врахуванням обмежень на напруження. Запропоновано спосіб вимірювання деформацій та контролю напружень у гігроскопічних капілярно-пористих матеріалах під час гідротермічної обробки.Диссертация посвящена актуальной научной задачи разработки математической модели тепломассопереноса и вязкоупругого состояния анизотропных гигроскопических капиллярно-пористых материалов, в том числе древесины, во время сушки. Впервые решена задача тепломассопереноса в древесине во время сушки, которая, в отличие от известных, учитывает анизотропию переменных температурно-влажностных характеристик древесины, что позволило определить изменение во времени и распределение в объеме материала взаимосвязанных полей температуры и влагосодержания. На основе методов математической физики и механики наследственных сред разработана новая математическая модель вязкоупругого деформирования древесины во время сушки, в которой установлены и использованы функции реологических поведения, учитывающие накопление необратимых деформаций материала от переменных температурно-влажностных условий. Сформулированная математическая модель, в отличие от известных, учитывает анизотропию тепломеханических харак-теристик древесины и их зависимость от переменных температурно-влажностных полей. Дальнейшее развитие получил метод конечных элементов для исследования вязкоупругой области деформирования капиллярно-пористых гигроскопических ма-териалов с переменными температурно-влажностными условиями, что позволило численно реализовать математическую модель определения вязкоупругого состояния древесины во время сушки. В нотациях объектно-ориентированного анализа и UML (Unified Modeling Language) осуществлено проектирование программной реализации метода конечных элементов, реализующего математическую модель. Созданное на основе объектно-ориентированного подхода программное обеспечение расчета неизотермического влагопереноса и вязкоупругого деформирования состоит из документированных классов, которые могут быть использованы повторно для реализации других моделей. Путем сравнения рассчитанных значений температуры и влагосодержания с известными экспериментальными проведена верификация модели, которая показала, что за различных способов аппроксимации погрешность модели тепломасопереноса не превышает 9,6%. Проверено адекватность модели вязкоупругого состояния двумя способами. Согласно первому, проведен сравнительный анализ результатов моделирования без учета реологического поведения с результатами известных упругих моделей. Согласно второму, сопоставлены результаты расчетов вязкоупругого состояния сформулированной двумерной и известных одномерных моделей. Впервые исследовано двумерное вязкоупругое состояние древесины в условиях неизотермического тепломассопереноса с учетом анизотропии переменных теп-ломеханических свойств материала. Сформулирована и решена оптимизационная задача выбора параметров режима сушки, позволяющих осуществить удаление влаги из древесины до заданного уровня, сдерживая напряжение на предельно допустимом уровне, что уменьшает риск деформирования или разрушения высушенного материала. Предложен новый способ измерения внутренней деформации капиллярно-пористых гигроскопических материалов в процессе гидротермической обработки. Способ отличается тем, что с целью непрерывного контроля внутренней деформации образца используют эталон, который изготовляют из материала тождественного к материалу образца и одинакового с образцом поперечного сечения, торцы эталона изолируют от испарение влаги, разделяют его на слои, складывают их вместе и во время или после гидротермической обработки измеряют разницу деформаций в соответствующих слоях эталона и образца. Разработанное новое устройство контроля напряжений капиллярно-пористых гигроскопических материалов в процессе гидротермической обработки, использует параметрический дистанционный преобразователь для контроля дифференциальной усадки по ее значениям в средней и крайней точках кромки. Отличается устройство тем, что для измерения дифференциальной усадки используется дифференциальный емкостный преобразователь, у которого неподвижные пластины конденсаторов закреплены на кромке доски, а подвижная пластина перемещается между неподвижным одним плечом рычага, второе плечо которого прижимается упором к одной, а ось к другой точки контроля дифференциальной усадки.The paper developed a mathematical model study of heat and mass and viscoelastic deformation of the wood during drying, which takes into account variability anisotropic heat and mechanical characteristics. Formulated mathematical model is implemented by finite elements method, which has been developed for the case of viscoelasticity. For modeling the rheological behavior of wood approximation of known experimental data on creep of wood under load and after unloading is realized. By object-oriented analysis the model is designed and software implemented in the form of documented classes, which can be used repeatedly for the implementation of other models. An optimization problem for choosing of regime parameters of the drying process is formulated and solved with regard to restrictions on the strain. The method of measuring strain and stress control in hy-groscopic capillary-porous materials during hydrothermal processing is proposed.