Главная База знаний "Allbest" Программирование, компьютеры и кибернетика Моделирование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой

Моделирование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой

Общие сведения о процессе наплавки, порошковых проволоках, их строении и применении. Разработка программно-методического комплекса для расчета температурного поля вылета порошковой проволоки. Логическая и информационные модели программного комплекса.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 14.05.2010
Размер файла 1,1 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

. (2.53)

Зная Lн и скорость подачи (плавления) проволоки можно вычислить ток подогрева Iн из условия равенства тепловой и электрической мощностей.

Мощность, выделенная на участке подогрева оболочкой, равна мощности, поглощенной порошковой проволокой.

Это условие можно записать так:

.

Подставляя в это уравнение Rн из (2.52), получим:

.

Откуда можно найти скорость подачи проволоки:

(2.54)

или плотность тока подогрева:

. (2.55)

Можно сделать также расчет параметров подогрева и источника подогрева по заданным величинам: , Tоб=Tн, неравномерности нагрева сердечника и оболочки проволоки m, физическим свойствам порошковой проволоки (с0, сс, Кс, , 0, 0).

Этап 1. По формуле (2.53) вычислить Qн, а также величины:

,

,

где сп - приведенная теплоемкость порошковой проволоки;

М - характеристика теплопроводности сердечника порошковой проволоки.

Этап 2. Задаваясь начальным значением Lн, определить jн, а затем рассчитать .

Этап 3. По заданной температуре Qн, рассчитанному коэффициенту А и полученному Pdн определить необходимое время нагрева:

;

. (2.56)

Этап 4. Рассчитать длину участка нагрева:

. (2.57)

Этап 5. Этапы 2 - 4 повторять до совпадения полученных на этапах 2 и 4 длин участка подогрева Lн.

Этап 6. Рассчитать Rн, по формуле (2.52).

Этап 7. По величинам Rн, и Iн рассчитать параметры источника подогрева:

падение напряжения на участке подогрева

. (2.58)

рабочее напряжение

,

где Uk - падение напряжения на подвижном контакте;

рабочую мощность источника подогрева

.

2.4.3 Исследование теплового состояния сердечника подогреваемой на вылете порошковой проволоки

Выполним анализ теплового состояния сердечника подогреваемой порошковой проволоки. Поставим задачу в общем виде. Заданы параметры подогрева и ток наплавки. Необходимо определить температуру в любой точке сердечника на любом участке вылета порошковой проволоки.

Имеем

(2.59)

где tн - время подогрева; tв - общее время нагрева вылета порошковой проволоки. Требуется найти температуру сердечника Тс (t, r). Решение выполним в безразмерных критериях (2.14) - (2.17). Уравнение теплопроводности примет вид (2.18). Решение этого уравнения на участке подогрева t [0, tн] (т.е. F0 [0, F0н]) проводится аналогично решению для удлиненного вылета. В итоге получим:

. (2.60)

Теперь на вылете меняются краевые условия. Начальная температура сердечника порошковой проволоки будет равна:

. (2.61)

Граничные условия будут иметь вид:

; (2.62)

; (2.63)

(2.64)

Решение уравнения (2.18) с краевыми условиями (2.61) - (2.64) будем искать в виде:

. (2.65)

Общее решение уравнения (2.18) представим в виде:

. (2.66)

Подстановка функции (2.66) в уравнение (2.18) дает:

;

.

Откуда получим:

. (2.67)

Уравнение (2.67) аналогично уравнению (2.24).

Следовательно, его решением будет функция f (), удовлетворяющая граничному условию (2.62) и условию ограниченности (2.63), которая запишется в виде:

. (2.68)

Тогда общее решение уравнения теплопроводности (2.18) с краевыми условиями (2.61) - (2.64) примет вид:

. (2.69)

Частное решение уравнения (2.18) будем искать в виде:

,

где

. (2.70)

Используя начальные условия (2.61), подставим его в (2.70) и получим:

(2.71)

Поскольку отыскивается n-ый коэффициент разложения в бесконечный ряд, формулу (2.71) можно представить в виде:

(2.72)

Найдем в выражении (2.72) значение интеграла. Получим:

(2.73)

Найдем каждый интеграл из суммы (2.73), пользуясь формулами (2.32)

(2.74)

Аналогично вычисляем второй интеграл суммы (2.73):

. (2.75)

Для третьего интеграла имеем:

(2.76)

Учитывая, что:

,

получим:

Подставляя последнее выражение в формулу (2.76), получим:

(2.77)

Итак, формула (2.72) для расчета коэффициента Вn принимает вид:

(2.78)

Подставляя (2.78) в формулу для расчета частного решения V (F0,), получим:

Окончательно имеем:

(2.79)

Тогда формула (2.65) для расчета безразмерной температуры сердечника подогреваемой порошковой проволоки с учетом (2.69) примет вид:

(2.80)

Из уравнения (2.80) видно, что при двухстадийном нагреве порошковой проволоки появляется новая нестационарность (второе слагаемое в выражении (2.80)), связанная с нерегулярными процессами на второй стадии нагрева.

При этом вид исходной нерегулярной составляющей (третье слагаемое выражения (2.80)) не изменяется, оно продолжает уменьшаться с течением времени.

Нерегулярность второй стадии нагрева весьма мала, особенно при РdвPdн или Pdн12.

В этом случае ее можно опустить без ущерба для точности вычислений.

Очевидно, для достижения равномерности нагрева оболочки и сердечника необходимо принять Pdв близким к нулю, т.е. положить скорость нагрева оболочки порошковой проволоки на не свободном вылете практически равной нулю.

Для выравнивания нагрева сердечника по сечению порошковой проволоки необходимо достаточное время нагрева на вылете.

При Pdв=0 формула (2.80) примет вид:

. (2.81)

Учитывая, что:

это безразмерная температура подогрева сердечника порошковой проволоки, формулу (2.81) можно представить в виде:

. (2.82)

Последние два слагаемые подобны и различаются лишь коэффициентами и , а также знаками.

Используя зависимости (2.82) можно предложить следующую схему наплавки подогреваемой на вылете порошковой проволокой: очень быстрый нагрев на первой стадии и выдержка, т.е. малая величина сварочного тока с увеличенным вылетом, на второй стадии.

Полагая в формуле (2.67) Pdн=, из конечности н следует, что F0н=0. Тогда , а . Формула (2.82) примет вид:

(2.83)

Выражение представляет собой закон свободного нагрева или охлаждения бесконечно длинного цилиндра.

Расчеты по формуле (2.83) показывают, что неравномерность нагрева оболочки и сердечника становится незначительной (менее 5%) уже при F00,6.

Итак, задача расчета температуры в любой точке сердечника подогреваемой порошковой проволоки решена. Предложен также метод подогрева, создающий наибольший тепловой напор в системе "оболочка-сердечник" и приводящий к скорейшему выравниванию температур в оболочке и сердечнике порошковой проволоки.

3. Разработка компонентов программно-методического комплекса

3.1 Разработка логической модели ПМК

При проектировании логической структуры программного комплекса он рассматривается как система в различных аспектах. За каждым из аспектов стоит некоторая методика описания. Чаще всего она является диаграммной методикой, так как диаграмма легка для восприятия и не обладает той избыточностью, которая есть у текстового описания, хотя некоторые пояснения к диаграммам необходимы [23].

Для разработки логической модели был использован унифицированный язык моделирование - UML. UML - это язык визуального моделирования для решения задач общего характера, который используется при определении, визуализации, конструировании и документировании программной системы. UML позволяет отображать и статическую структуру, и динамическое поведение системы. Система моделируется как группа дискретных объектов, которые взаимодействуют друг с другом таким образом, чтобы удовлетворить требованиям пользователя. В статической структуре задаются типы объектов, значимые для системы и ее реализации, а также отношения между этими объектами. Динамическое поведение определяет историю объектов и их взаимодействие для достижения конечной цели. Наиболее полного и разностороннего понимания системы можно достичь при моделировании с различных, но взаимосвязанных точек зрения [24].

При разработке программно-методического комплекса были использованы следующие виды диаграмм:

диаграмма потоков данных (DFD - Data Flow Diagrams) является основным свойством моделирования функциональных требований проектируемой системы;

STD-диаграмма предназначена для моделирования и документирования реакций системы при ее функционировании во времени.

диаграмма компонентов - изображает представление реализации;

диаграмма использования - описывает функционирование системы с точки зрения ее пользователей.

3.1.1 Разработка диаграммы потоков данных

В процессе работы программного комплекса в нем производится постоянный обмен данными между его модулями. Для того, чтобы специфицировать процесс передачи и качественное содержание данных, необходимо разработать диаграмму потоков данных (DFD) для разрабатываемого программного продукта.

Разработка информационной модели, представленной в виде DFD-диаграммы, включает в себя следующие этапы:

разработка процессов системы;

направление потоков, несущих в себе определенную информацию;

обоснование выбора диаграммы для представления информации;

описание функций, которые выполняют управляющие процессы, влияющие на работу системы;

описание управляющих потоков (какую информацию каждый из потоков несет в себе).

Диаграмма потоков данных является основным свойством моделирования функциональных требований проектируемой системы [25].

Логическая DFD показывает внешние по отношению к системе источники и стоки, (адресаты) данных, идентифицирует логические функции (процессы) и группы элементов данных, связывающих одну функцию с другими (потоки), идентифицирует хранилища (накопители) данных.

Важную роль в модели играет специальный вид DFD - контекстная диаграмма. Она моделирует систему наиболее общим образом. Контекстная диаграмма идентифицирует внешние сущности, а также, как правило, единственный процесс, отражающий главную цель или природу системы. Внешние сущности, процессы и потоки данных описаны в таблицах 3.1, 3.2, 3.3 соответственно. Контекстная диаграмма потоков данных представлена на рисунке 3.1

Таблица 3.1 - Внешние сущности контекстной диаграммы

Наименование сущности

Краткое описание

Пользователь

Человек, который работает с программным комплексом.

ЭВМ

Электронно-вычислительная машина, на которой установлен программный комплекс.

Таблица 3.2 - Процессы контекстной диаграммы

Наименование процесса

Краткое описание

0 Рассчитать температурное поле

Данный процесс является основным процессом программного комплекса и предназначен для расчета температурного поля вылета порошковой проволоки.

Таблица 3.3 - Потоки, представленные на контекстной диаграмме

Наименование потока

Описание

Параметры проволоки и наплавки

Исходные данные (теплофизические и геометрические параметры порошковой проволоки) и режимы наплавки, вводимые пользователем.

Графические зависимости

Графики, которые отображают все предусмотренные программным комплексом зависимости.

Результаты расчета параметров

Результаты расчета температурного поля, режимов сварки, характеристик порошковой проволоки, параметров подогрева.

Сообщения

Сообщения, которые выдаются при неправильном вводе данных. Содержатся необходимые рекомендации для дальнейших действий, а также сообщения о сбойных ситуациях в работе программного комплекса.

Запрос на параметры оболочки

Пользователем инициируется запрос на ввод параметров оболочки из базы.

Параметры материала оболочки

Поток, который передает из базы теплофизические параметры материала оболочки.

Файл отчета

Файл, который содержит исходные данные, графики и результаты расчета.

Рисунок 3.1 - Контекстная диаграмма потоков данных

Каждая логическая функция (процесс) может быть детализирована с помощью DFD нижнего уровня. DFD первого уровня строится как декомпозиция процесса контекстной диаграммы. Детализирующая диаграмма более подробно описывает процессы и потоки данных разрабатываемой или существующей системы. Внешние сущности отсутствуют на детализирующей диаграмме, потоки данных эквивалентны потокам данных представленных на контекстной диаграмме. Детализация процесса "Рассчитать" приведена на рисунке 3.2 Основной процесс разделен на ряд подпроцессов со своими функциями. Процессы описаны в таблице 3.4

Таблица 3.4 - Процессы детализирующей диаграммы

Наименование процесса

Краткое описание

1.1 Ввести исходные данные

Предназначен для ввода исходных данных пользователем (теплофизических и геометрических параметров порошковой проволоки, параметров сварки).

1.2 Рассчитать безразмерные критерии

Процесс предназначен для расчета безразмерных критериев (распределения температуры по диаметру в зависимости от времени или скорости нагрева, температуры в зависимости от времени или скорости нагрева).

1.3 Рассчитать температурное поле без подогрева

Рассчитывает температурное поле порошковой проволоки при наплавке без предварительного подогрева (температуру оболочки, сердечника, прослойки, параметры сварки и порошковой проволоки по известной температуре).

1.4 Рассчитать температурное поле с подогревом

Процесс предназначен для расчета температурного поля при наплавке с подогревом, а также параметров подогрева, а именно: времени подогрева, длины участка подогрева, скорости подачи проволоки, сопротивления участка подогрева.

1.5 Построить графики

По рассчитанным данным производится построение графических зависимостей (распределения температуры по диаметру в зависимости от времени или скорости нагрева, температуры в зависимости от времени или скорости нагрева, зависимость температуры оболочки, сердечника, прослойки от времени, зависимость температуры от времени при наплавке с предварительным подогревом).

1.6 Сформировать отчет

Предназначен для формирования отчетов на основе исходных данных, рассчитанных параметров и графических зависимостей.

3.1.2 Разработка диаграммы переходов состояний

При своей работе разрабатываемый комплекс находится в том или ином состоянии, что определяет то или иное действие, доступное пользователю в конкретный момент работы приложения. Для представления взаимосвязи состояний системы, а также для определения условий, при которых происходит смена состояний системы, используются диаграммы переходов состояний (STD-диаграммы). STD предназначена для моделирования и документирования реакций системы при ее функционировании во времени. Такие диаграммы позволяют осуществлять декомпозицию управляющих процессов в системе. STD моделирует последующее функционирование системы на основе ее предыдущего и настоящего функционирования [26]. STD -диаграмма представлена на рисунке 3.5

На диаграмме переходов состояний переход определяет перемещение системы из одного состояния в другое. Имя перехода идентифицирует событие, которое является причиной перехода.

Система начинает функционировать из начального состояния. При этом при каждом запуске приложения производится процесс инициализации в результате которого производится автоматическая настройка системы на работу в заданной предметной области. После окончания процесса инициализации начальных данных система попадает в "Основное состояние". Когда система находится в этом состоянии, пользователь имеет возможность перейти в любое из следующих состояний:

работа с базой данных;

редактирование данных для расчета безразмерных критериев;

редактирование данных для расчета температурного поля при наплавке без подогрева;

редактирование данных для расчета температурного поля при наплавке с подогревом;

выход из программы.

После редактирования данных происходит переход в состояние "Расчет", в котором производится расчет температурного поля и параметров порошковой проволоки. Для получения отчета программный комплекс переходит в состояние "Сформировать отчет". Команда "Выход" возвращает комплекс в "Основное состояние". При поступлении команды "Выход" из основного состояния происходит освобождение памяти и выгружается программный комплекс.

3.1.3 Разработка диаграммы компонентов

Физическое представление отражает структуру реализации программного приложения, включая разбиение программы на компоненты и развертывание ее на аппаратных узлах. Существует два физических представления: представление реализации и представление развертывания. Представление реализации показывает, какие компоненты есть в данной системе и какие между ними существуют зависимости, описывает физическое разбиение частей системы на заменяемые блоки, которые называются компонентами. Представление реализации изображается на диаграмме компонентов. Компонентами системы называются отдельные программные блоки, из которых состоит вся система. Понимание зависимостей между компонентами дает возможность отслеживать на модели результаты изменений в отдельных компонентах. Компонент - это физический элемент реализации c четко определенным интерфейсом, предназначенный для использования в качестве заменяемой части системы. Для компонента определены интерфейсы, которые он представляет, и интерфейсы, которые он использует в своей работе и которые предоставляются другими компонентами. Интерфейс - это список операций, обеспечиваемый программным или аппаратным обеспечением. Диаграммы компонентов изображают зависимости между ними.

Диаграмма компонентов программного комплекса приведена на рисунке 3.5 На диаграмме изображен один актер - пользователь, интерфейсы и два компонента Report и DB Для работы с комплексом пользователю требуется доступ к любому из трех интерфейсов:

интерфейс для расчета безразмерных критериев;

интерфейс для расчета температурного поля при наплавке без подогрева;

интерфейс для расчета температурного поля при наплавке с подогревом;

В свою очередь, для работы эти интерфейсы требуют доступ к компонентам Report и DB

Рисунок 3.5 - Диаграмма компонентов программного комплекса

3.1.4 Разработка диаграммы использования

Описывает функционирование системы с точки зрения ее пользователей. Назначение представления вариантов использования - выявить всех актантов системы и все варианты ее использования, а также указать, какие актанты в каких вариантах использования фигурируют. Вариантом использования называется блок внешне наблюдаемой деятельности системы (то есть последовательность сообщений между системой и одним или несколькими актантами). Вариант использования описывает некоторую часть поведения системы, не вдаваясь при этом в особенности ее внутренней структуры. Вариант использования определяет все виды поведения системы: основные последовательности, различные варианты стандартного и нестандартного поведения, исключительные ситуации, включая ответные реакции на них. В процессе проектирования каждый вариант использования моделируется независимо от остальных. Описание варианта использования передается в языке UML диаграммами состояний, диаграммами последовательности, диаграммами кооперации или в виде текста.

Диаграмма использования программного комплекса приведена на рисунке 3.7. На диаграмме изображен один актант - пользователь и следующие варианты использования:

рассчитать безразмерные критерии;

рассчитать температурное поле при наплавке без подогрева;

рассчитать температурное поле при наплавке с подогревом;

работать с отчетами;

модифицировать базу.

Вариант использования "рассчитать температурное поле при наплавке без подогрева" включает в себя еще три варианта:

расчет температуры;

расчет режимов наплавки;

моделирование параметров.

Вариант использования "рассчитать температурное поле при наплавке с подогревом" включает в себя следующие варианты:

расчет температурного поля;

расчет параметров подогрева.

Рисунок 3.7 - Диаграмма использования программного комплекса

3.2 Структура программно-методического комплекса

Структура программно-методического комплекса представлена на рисунке 3.8.

Общая структура программно-методического комплекса содержит модуль интерфейса пользователя и рабочие модули. Модуль интерфейса пользователя включает меню приложения; с его помощью происходит вызов рабочих модулей и осуществляется работа с базой данных.

Рабочие модули комплекса по выполняемым функциям делятся на две части: функциональную и системную.

Системные модули выполняют все функции, связанные с операционной системой. Они отвечают за работу с файлами, вызов справки, обработку исключительных ситуаций. Сюда относят:

модуль открытия отчета. Позволяет открыть созданный ранее отчет для просмотра и печати;

модуль сохранения отчета. Позволяет сохранить сформированный отчет для дальнейшего использования;

модуль печати отчета. Позволяет распечатать отчет на принтере;

модуль настройки параметров принтера. Позволяет установить необходимые параметры печати;

модуль просмотра отчета. Позволяет просмотреть отчет перед печатью;

модуль обработки исключительных ситуаций. Проверяет корректность вводимых пользователем данных;

модуль вызова справки. Позволяет получить справку по интересующему разделу;

выход. Осуществляется выход из программы.

Функциональные модули выполняют основные функции, необходимые для решения поставленной задачи. Сюда относятся следующие модули:

модуль ввода исходных данных. Осуществляет ввод исходных данных, а также выбор данных из базы;

модуль расчета. Содержит процедуры и функции, позволяющие рассчитать все необходимые параметры: температурное поле, параметры порошковой проволоки, режимы сварки;

модуль построения графиков. Предназначен для визуализации рассчитанных данных путем построения графических зависимостей;

модуль формирования отчетов. Позволяет сформировать отчет в удобном для пользователя виде с возможностью последующего сохранения и распечатки.

Более подробно модуль расчета, модуль построения графиков и модуль формирования отчетов будут рассмотрены в специальной части.

Отдельно выделяется база данных и модуль для работы с базой данных. Этот модуль позволяет добавлять, удалять и модифицировать записи в базе.

3.3 Информационное обеспечение комплекса

Информационное обеспечение - это та информация, которая необходима для работы программного комплекса, и информация, которую мы получаем в результате его работы.

Для расчетов, выполняемых комплексом, нужны следующие данные:

теплофизические параметры порошковой проволоки;

информация о режимах сварки и окружающей среде;

функции Бесселя.

Теплофизические параметры порошковой проволоки хранятся в базе данных, которая содержит используемые на практике материалы оболочки и их свойства. Файл базы данных находится в каталоге Table, имя файла - Material_obol. db. Структура таблицы базы данных приведена в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Структура таблицы базы данных

Имя поля

Тип данных

Размер поля

Ключ

Материал

Alfa

20

да

Удельное сопротивление, Ом*м

Number

Температурный коэффициент сопротивления, 0С-1

Number

Плотность материала, кг/м3

Number

Удельная теплоемкость, Дж/ (кг*0С)

Number

Такой способ хранения информации позволяет быстро и легко ввести данные, добавить, удалить материал.

Кроме этого вводится следующая информация:

толщина оболочки, м;

удельная теплоемкость сердечника, Дж/ (кг*0С);

коэффициент теплопроводности сердечника, Дж/м*с*0С;

масса сердечника / массу оболочки;

коэффициент прослойки;

удельная теплоемкость прослойки, Дж/ (кг*0С);

масса прослойки/ массу оболочки;

температура окружающей среды, 0С;

диаметр проволоки, м;

плотность тока, А/м2;

неравномерность нагрева.

Функции Бесселя не задаются как элементарные функции, но они протабулированы с большой точностью и сведены в таблицы. Эти таблицы находятся в отдельном модуле (Bessel), который при необходимости подключается.

В ходе работы программы рассчитанные значения хранятся в памяти компьютера и передаются для визуального отображения на экран. Программный комплекс предусматривает построение следующих зависимостей:

распределение безразмерной температуры по диаметру в зависимости от безразмерного времени нагрева;

распределение безразмерной температуры по диаметру в зависимости от безразмерной скорости нагрева;

зависимость безразмерной температуры от безразмерного времени нагрева;

зависимость безразмерной температуры от безразмерной скорости нагрева;

зависимость температуры оболочки от времени;

зависимость средней температуры сердечника от времени;

зависимость средней температуры прослойки от времени;

зависимость температуры сердечника от температуры оболочки;

распределение температуры по диаметру сердечника;

распределение безразмерной температуры по диаметру в зависимости от безразмерного времени нагрева при наплавке с предварительным подогревом;

распределение безразмерной температуры по диаметру в зависимости от безразмерной скорости нагрева при наплавке с предварительным подогревом;

При желании выходную информацию можно включить в отчет. Он представляет собой лист формата А4, содержащий исходные данные, результаты расчета, графические зависимости. Отчеты хранятся в файлах с расширением *. qrp. Программный комплекс позволяет выполнять различные действия с отчетами (сохранять, открывать, просматривать, печатать) - пункт меню "Отчеты" или соответствующая кнопка на панели управления.

3.4 Техническое обеспечение комплекса

Техническое обеспечение - совокупность аппаратных средств, включающая устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства [27].

В состав (базовую конфигурацию) персональной ЭВМ входят:

один или несколько микропроцессоров;

запоминающее устройство - оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) для кратковременного и долговременного хранения информации соответственно;

привод CD-ROM;

клавиатура для ввода данных и команд в машину;

дисплей для воспроизведения вводимой и выводимой информации;

микропроцессорные контроллеры.

Базовые конфигурации ЭВМ в зависимости от назначения и требований, выдвигаемых со стороны пользователей, дополняются внешними запоминающими устройствами на гибких или жестких магнитных дисках, малогабаритным печатающим устройством, средствами для облегчения диалога "человек - ЭВМ", например, "мышь", "джойстик" и др. [28]

Основными характеристиками микропроцессора являются:

фирма-изготовитель;

напряжение питания;

корпус.

Основными производителями микропроцессоров являются компании Intel, AMD, Cyrix, IBM [29].

Внешние запоминающие устройства выполняют функции носителей программного обеспечения и баз данных. В качестве внешних запоминающих устройств в ЭВМ используются:

устройства для записи компакт-дисков;

накопители на гибких магнитных дисках.

Внешние устройства ЭВМ по функциональному назначению могут быть условно разделены на следующие классы:

устройства ручного ввода и оперативного управления;

печатающие устройства, представленные различными типами принтеров.

Основным устройством для ручного ввода текстовой, числовой и управляющей информации в ЭВМ является клавиатура.

Клавиатура для ЭВМ имеет несколько групп клавиш:

алфавитно-цифровую, предназначенную для ввода чисел и символов;

функциональную, которая может использоваться операционной системой или пользователем для формирования программируемого набора управляющих функций;

служебную, имеющую двойное назначение; в нижнем регистре с ее помощью набираются числа, а в верхнем эти клавиши управляют движением курсора.

Привод компакт-дисков требуется для нормальной работы операционной системы, так как в настоящее время все больше программного обеспечения поставляется на компакт-дисках.

Качество изображения (текст и графика) зависит от выбранного монитора. Монитор 14 дюймов годится только на крайний случай, если финансовое положение не позволяет приобрести лучший. Оптимальным вариантом является пятнадцатидюймовый монитор. Чтобы обеспечить подавление мерцания, быструю перерисовку экрана, высокое разрешение и хорошую цветопередачу, рекомендуется подключать монитор через шину PCI или AJP и использовать видеоакселератор с минимальным объемом ОЗУ 2 МБ.

После выполнения программы результаты передаются из оперативной памяти на устройства вывода: матричный, струйный или лазерный принтер. Главным показателем принтеров являются качество и скорость печати, а также габаритные размеры и стоимость. Матричные принтеры обычно при работе создают шум, качество печати не всегда удовлетворительно, однако стоимость даже хорошего матричного принтера гораздо ниже, чем струйного или лазерного. Струйные принтеры имеют небольшие габаритные размеры, работают бесшумно, обеспечивают хорошее качество печати, в том числе с несколькими уровнями яркости. Текстовое или графическое изображение формируется с помощью управляемых струй чернил одного или нескольких цветов. Лазерные принтеры дают наилучшее качество печатного листа, но вместе с тем имеют и наибольшую стоимость [30].

Конкретные области применения требуют своего набора внешнего оборудования. Комплектование ЭВМ различными устройствами ввода-вывода графической информации во многом определяют возможности их профессиональной ориентации.

Технические средства призваны обеспечить: возможность оптимального взаимодействия оператора с ЭВМ; производительность, необходимую для решения задачи проектирования; быстродействие; возможность получения твердых копий текстовой и графической документации; простоту освоения, эксплуатации и технического обслуживания.

Исходя из перечисленных требований, в состав технических средств для эксплуатации данного программного комплекса необходимо включить:

процессор Pentium 166 и выше;

минимум 32MB RAM;

дисковод для трехдюймовых дискет;

двухкнопочный манипулятор “мышь”;

PC-AT совместимую клавиатуру;

монитор SVGA;

привод CD-ROM;

струйный принтер (желательно).

Привод CD-ROM в состав технических средств для эксплуатации данного программно-методического комплекса необходимо включить т.к операционная система и средство разработки, под которыми будет функционировать данный ПМК, устанавливаются с компакт-диска.

Принтер необходим для получения твердых копий отчетов.

3.5 Программное обеспечение комплекса

Программное обеспечение САПР - совокупность программ, представленных в заданной форме, вместе с необходимой программной документацией [31], предназначенная для использования в САПР.

Программное обеспечение делится на:

общесистемное;

базовое;

прикладное.

К общесистемному программному обеспечению относят операционные системы. Операционная система - организованный набор системных программ и данных, управляющих ЭВМ и выполнением программ пользователя. Операционные системы обеспечивают поддержку работы всех программ и их взаимодействие с аппаратурой, а также предоставляют пользователю возможности общего управления ЭВМ. Среди основных функций операционной системы можно выделить следующие:

управление ресурсами ЭВМ и выполнением программ;

обеспечение ввода-вывода информации;

организацию хранения информации во внешней памяти;

выполнение работ, связанных с обслуживанием внешних устройств [32].

Для обеспечения оптимального режима работы разработанного программного комплекса необходимо, чтобы на ЭВМ была установлена линия операционных систем Windows 9х и выше. Эти операционные системы являются многозадачными, то есть позволяют одновременно выполнять работы в нескольких приложениях, что очень важно для данного проекта.

При разработке программного обеспечения его разделение на модули происходит по функциональному признаку, что способствует минимизации числа межмодульных связей и, следовательно, уменьшению сложности разрабатываемого программного комплекса.

Адекватность языка программирования решаемой задаче определяется близостью данных и операций, имеющихся в языке, к данным и операциям, имеющимся в предметной области, из которой взята задача.

Процесс программирования в большей части представляет собой моделирование структуры данных (типов данных и операций), необходимое для решения задачи с помощью имеющихся в языке программирования базовой структуры данных и средств расширения системы понятий языка. Другими словами, процесс программирования можно рассматривать как процесс описания типов данных и операций над ними, а также исходных данных и порядок применения к ним операций.

Языки программирования очень сильно различаются не только по структурам данных, но и по имеющимся в них средствам описания структур данных. С точки зрения теории алгоритмов добавление к универсальному языку программирования новых средств описания структур данных не изменяет мощности языка. Однако для практики программирования важно, насколько легко можно описать алгоритм, используя данный язык.

Интегрированная среда разработки Delphi является универсальной, так как дает возможность реализовывать сложные математические модели, позволяет работать с символьными и строковыми данными, имеет средства описания новых типов, процедур и функций [33].

Таким образом, для эксплуатации и расширения данного программного комплекса необходимо программное обеспечение в следующем составе:

операционная система Windows 9х или выше;

Delphi версии 5.0.

Такой состав программного обеспечения является оптимальным и позволит работать с комплексом наиболее эффективно и полностью раскроет возможности и преимущества разработанного интерфейса. Минимальная конфигурация программного обеспечения включает:

операционная система Windows 98;

Delphi версии 5.0.

4. Специальная часть

4.1 Структура и функциональное назначение отдельных модулей ПМК

Под модулем при описании структуры проекта может подразумеваться не только отдельная подпрограмма, но и отдельные процедуры или группы процедур, объединенные общим функциональным назначением. Наибольший интерес представляют следующие функциональные модули:

модуль расчета (Calculator. pas);

модуль построения графиков (Grafiks. pas);

модуль формирования отчетов (Create_Report. pas).

4.1.1 Модуль расчета

Этот модуль предназначен для расчета температурного поля, режимов наплавки, теплофизических и геометрических параметров порошковой проволоки. Структура модуля приведена на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 - Структура модуля расчета

Модуль содержит следующие процедуры и функции:

функция распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерного времени нагрева и безразмерной скорости нагрева (function T_F0);

функция, описывающая зависимость средней безразмерной температуры сердечника от безразмерного времени нагрева и безразмерной скорости нагрева (function Tcp_F0);

процедура вычисления коэффициента А, необходимого для дальнейших расчетов (procedure Calc_A);

процедура вычисления коэффициента Соб, необходимого для дальнейших расчетов (procedure Calc_C);

функция, описывающая зависимость температуры оболочки от времени (function Tob_t);

функция, описывающая зависимость средней температуры сердечника от времени (function Tcep_t);

функция, описывающая зависимость средней температуры изолирующей прослойки от времени (function Tpr_t);

процедура расчета неравномерности нагрева по известной средней температуре сердечника и температуре оболочки (procedure Calc_m);

процедура расчета неравномерности нагрева по известной скорости нагрева (procedure Calc_m_A);

процедура расчета плотности тока по известной неравномерности и скорости нагрева (procedure Calc_j_mA);

процедура расчета скорости нагрева по известной безразмерной скорости нагрева (procedure Calc_A_Pd);

Процедуры и функции для расчета температурного поля и параметров подогрева при наплавке с предварительным подогревом:

функция распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерного времени подогрева и безразмерной скорости подогрева (function T_pod);

процедура расчета времени подогрева (procedure t_podogr);

процедура расчета длины участка подогрева (procedure L_podogr);

процедура расчета плотности тока подогрева (procedure j_podogr);

процедура расчета тока подогрева (procedure I_podogr);

процедура расчета сопротивления участка подогрева (procedure R_podogr);

процедура расчета напряжения участка подогрева (procedure U_podogr).

4.1.2 Модуль построения графиков

Этот модуль предназначен для построения графических зависимостей. Структура модуля приведена на рисунке 4.2

Рисунок 4.2 - Структура модуля построения графиков

Модуль содержит следующие процедуры:

процедура построения графика распределения безразмерной температуры сердечника по диаметру в зависимости от безразмерного времени нагрева (procedure Graf_T_F0);

процедура построения графика распределения безразмерной температуры сердечника по диаметру в зависимости от безразмерной скорости нагрева (procedure Graf_T_Pd);

процедура построения графика зависимости средней безразмерной температуры сердечника от безразмерного времени нагрева (procedure Graf_Tcp_F0);

процедура построения графика зависимости средней безразмерной температуры сердечника от безразмерной скорости нагрева (procedure Graf_Tcp_Pd);

процедура построения графика зависимости температуры оболочки от времени (procedure Graf_Tob_t);

процедура построения графика зависимости средней температуры сердечника от времени (procedure Graf_Tcep_t);

процедура построения графика зависимости средней температуры изолирующей прослойки от времени (procedure Graf_Tpr_t);

процедура построения графика зависимости средней температуры сердечника от температуры оболочки (procedure Graf_Tcep_Tob);

процедура построения графика распределения температуры сердечника по диаметру в зависимости от времени нагрева (procedure Graf_Diam);

процедура построения графика распределения безразмерной температуры сердечника по диаметру в зависимости от безразмерного времени подогрева при наплавке с предварительным подогревом (procedure Graf_Pod);

процедура построения графика распределения безразмерной температуры сердечника по диаметру в зависимости от безразмерной скорости подогрева при наплавке с предварительным подогревом (procedure Graf_Pod_Pd);

4.1.3 Модуль формирования отчетов

Этот модуль предназначен для формирования отчетов. Отчет содержит исходные данные и результаты работы программного комплекса. Пример отчета приведен в приложении А. Структура модуля приведена на рисунке 4.3

Модуль содержит следующие процедуры:

процедура формирования отчетов для безразмерных критериев (procedure Rep_BK);

процедура формирования отчетов для безразмерных критериев в случае предварительного подогрева (procedure Rep_BK_Pod);

процедура формирования отчетов, содержащих параметры подогрева (procedure Rep_Pod);

процедура формирования отчетов, содержащих данные о температурном поле вылета порошковой проволоки (procedure Rep_T).

Рисунок 4.3 - Структура модуля формирования отчетов

4.2 Описание интерфейса пользователя

При загрузке программы на экране появляется главное окно приложения. Оно содержит меню, предоставляющее пользователю следующие функции:

расчет безразмерных критериев;

расчет температурного поля при наплавке без подогрева;

расчет температурного поля при наплавке с подогревом;

отчеты;

справочники (база данных, содержащая материалы оболочки и их теплофизические параметры);

справка;

выход.

Внешний вид главного окна приложения представлен на рисунке 4.4

Рисунок 4.4 - Главное окно приложения

Для вызова окна расчета безразмерных критериев необходимо выбрать пункт меню "Безразмерные критерии" или нажать соответствующую кнопку на панели управления. Внешний вид окна расчета безразмерных критериев приведен на рисунке 4.5

Рисунок 4.5 - Окно расчета безразмерных критериев

Для построения графика необходимо выбрать вид зависимости, ввести исходные данные и нажать кнопку "Принять". Для формирования отчета служит кнопка "Отчет".

Для вызова окна расчета температурного поля при наплавке без подогрева необходимо выбрать пункт меню "Без подогрева". Вид окна приведен на рисунке 4.6 Для построения графических зависимостей, как и в предыдущем случае, нужно ввести данные, выбрать вид зависимости и нажать кнопку "Принять". Формирование отчета - кнопка "Отчет". Для расчета тока наплавки, скорости нагрева, и неравномерности предназначена закладка "Параметры наплавки". Для моделирования факторов, влияющих на скорость нагрева и неравномерность, служит закладка "моделирование параметров".

Рисунок 4.6 - окно расчета температурного поля при наплавке без подогрева

Для вызова окна расчета температурного поля при наплавке с подогревом необходимо выбрать пункт меню "С подогревом". Вид окна приведен на рисунке 4.7

Для построения графика необходимо выбрать вид зависимости, ввести исходные данные и нажать кнопку "Принять". Для формирования отчета служит кнопка "Отчет". Для расчета параметров подогрева предназначена закладка "Параметры подогрева". Расчет производится после ввода исходных данных и нажатия кнопки "Принять".

Рисунок 4.7 - окно расчета температурного поля при наплавке с предварительным подогревом

4.3 Исследование температурного поля вылета порошковой проволоки

Проведем анализ выходных данных, полученных в результате работы программного комплекса.

Рассмотрим безразмерные критерии. Эти критерии показывают характер зависимости безразмерной температуры от безразмерного времени и безразмерной скорости нагрева и не зависят от теплофизических и геометрических параметров порошковой проволоки.

График распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерного времени нагрева приведен на рисунке 4.8 Из графика видно, что разность температур по толщине сердечника увеличивается с увеличением времени нагрева.

Рисунок 4.8 - График распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерного времени нагрева

График распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерной скорости нагрева приведен на рисунке 4.9 Заметим, что разность температур по толщине сердечника очень сильно зависит от скорости нагрева: чем больше скорость, тем больше разность. Следовательно, чтобы уменьшить разность температур, необходимо снизить скорость нагрева. Ниже будут рассмотрены факторы, влияющие на скорость нагрева.

Рисунок 4.9 - График распределения безразмерной температуры по диаметру сердечника в зависимости от безразмерной скорости нагрева

График зависимости средней безразмерной температуры от безразмерного времени нагрева приведен на рисунке 4.10 Температура растет по экспоненте и очень сильно зависит от скорости нагрева. В равные моменты времени безразмерная температура составляет 2,2 и 45 при безразмерной скорости нагрева Pd = 1 и Pd = 4 соответственно.

Рисунок 4.10 - График зависимости средней безразмерной температуры от безразмерного времени нагрева

От безразмерных критериев перейдем к размерным и рассмотрим влияние теплофизических и геометрических параметров порошковой проволоки на температурное поле, а также факторы, влияющие на скорость нагрева. Исследуя графические зависимости можно сделать следующие выводы:

неравномерность нагрева оболочки и сердечника зависит от материала оболочки - неравномерность меньше при использовании медной оболочки;

неравномерность нагрева оболочки и сердечника сильно зависит от тока наплавки. Чтобы получить малую неравномерность, необходимо снизить ток;

с увеличением коэффициента температуропроводности шихты снижается неравномерность нагрева оболочки и сердечника и выравнивается распределение температуры по диаметру сердечника;

с увеличением массы сердечника уменьшается неравномерность нагрева;

неравномерность увеличивается при использовании изолирующей прослойки. Наименьшая неравномерность достигается при отсутствии прослойки;

неравномерность зависит от толщины оболочки - с увеличением толщины оболочки неравномерность уменьшается;

с уменьшением диаметра проволоки выравнивается распределение температуры по диаметру сердечника.

Проанализируем факторы, влияющие на скорость нагрева:

ток наплавки сильно влияет на скорость нагрева. Чтобы уменьшить скорость, нужно уменьшить ток;

для уменьшения скорости нужно увеличить массу сердечника;

для уменьшения скорости нужно увеличить удельную теплоемкость сердечника.

Рассмотрим наплавку с предварительным подогревом. С помощью графических зависимостей можно сделать следующие выводы:

для достижения равномерности нагрева оболочки и сердечника необходимо положить скорость нагрева оболочки порошковой проволоки на несвободном вылете практически равной нулю;

для выравнивания нагрева сердечника по сечению порошковой проволоки необходимо достаточное время нагрева на вылете.

4.4 Программа и методика испытаний

Контроль программного продукта осуществляется в следующем порядке:

проверка запуска программы.

Программа должна не вызывать нарушений в работе других программ. Если программа не запускается, следует проверить, нет ли каких-либо сбоев в операционной системе. При обнаружении таких сбоев их следует ликвидировать и повторить запуск программы.

проверка контроля вводимой информации.

Подразумевает ввод в качестве исходных параметров и отслеживание реакции программы на некорректный ввод. Система должна выдавать соответствующие сообщения при некорректном вводе и предлагать повторный ввод.

проверка реакции программы на различные действия пользователя.

Подразумевает выполнение команд меню системы в различном порядке.

проверка корректности завершения работы программы.

После выхода из программы операционная система должна продолжать работать корректно.

Для проверки правильности вычислений приведем тестовый пример.

Расчет безразмерной температуры:

Исходные данные:

Pd = 1;

F0 = 0,85;

= 1.

Расчет произведем по формуле:

,

Результаты работы программы:

Расчет средней безразмерной температуры:

Исходные данные:

Pd = 3;

F0 = 1,05;

Расчет произведем по формуле:

Результаты работы программы:

Расчет температуры оболочки:

Исходные данные:

удельное сопротивление оболочки Ом*м;

температурный коэффициент сопротивления оболочки 0С-1

удельная теплоемкость оболочки с0 = 460 Дж/ (кг* 0С);

плотность материала оболочки кг/м3;

удельная теплоемкость сердечника сс = 276 Дж/ (кг* 0С);

коэффициент теплопроводности а = 0,4*10-6

масса серд / массу оболочки = 0,5;

диаметр проволоки d = 0,003 м;

плотность тока j = А/м2;

неравномерность нагрева m = 0,8;

температура окружающей среды Т0 = 25 0С.

Расчет произведем по формуле:

,

где: ;

при t = 8 c:

.

Результаты работы программы:

Расчет температуры сердечника:

Исходные данные: те же.

Расчет произведем по формуле:

;

Результаты работы программы:

5 Охрана труда

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

Согласно ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ "Опасные и вредные производственные факторы. Классификация" производственные факторы делят на следующие группы:

физические факторы;

химические факторы;

биологические факторы (микроорганизмы, макроорганизмы);

психофизиологические факторы (физические нагрузки, умственное перенапряжение, эмоциональные нагрузки, монотонность работы и др.).

Выделим опасные и вредные производственные факторы, которые возникают во время работы студента с компьютером [34]:

физические факторы:

повышенный уровень шума на рабочем месте (от вентиляторов блока питания и аудиоплат);

повышенное значение напряжения в электрической сети, замыкание которого может произойти через тело человека;

повышенный уровень статического напряжения;

недостаточная концентрация отрицательных ионов в воздухе рабочей зоны;

повышенный уровень электромагнитного излучения;

повышенная напряженность электрического поля;

неблагоприятное разделение яркости в поле зрения;

недостаточная освещенность на рабочем месте;

химические факторы:

повышенный состав в воздухе рабочей зоны пыли, озона;

психофизиологические факторы:

физическое перенапряжение статической (опорно-мышечная система) и динамической (кисти рук) нагрузки;

нервно-психологическая нагрузка, перенапряжение зрительного анализатора, умственное перенапряжение, монотонность труда, эмоциональное перенапряжение.

Проанализируем наиболее значимые опасные и вредные производственные факторы, которые часто приводят к заболеваниям, вызванные длительным контактом студента с компьютером.

При работе с ЭВМ основное напряжение припадает на все элементы зрительного анализатора. Это связано по большей мере с дисплеем, который обычно изготавливается на основе электронно-лучевой трубки. Поэтому дисплей излучает широкий спектр электромагнитных волн различных диапазонов - вплоть до мягкого рентгеновского излучения.

Как известно, глаз человека обладает инерционностью. Благодаря этому последовательность кадров воспринимается как непрерывное движущееся изображение. В мозг поступает непрерывное изображение, но сами глаза успевают реагировать на мерцание экрана. Из-за этого повышается их утомляемость, ухудшается зрение, т.к мышцы зрачка вынуждены постоянно вибрировать, отслеживая изменения освещенности. Кроме воздействия на зрение этот фактор добавляет нагрузку также на мозг и нервную систему студента. Существует только один способ уменьшить влияние этого вредного фактора - увеличивать частоту кадровой развертки.

Элементы глаза находятся в постоянному напряжении, что приводит к утомлению, "рези" в глазах и снижения остроты зрения.

Деятельность студента характеризуется длительной работой в однородном сидячем положении, низкой двигательной активностью при значительных локальных динамических напряжений, которые приходятся только на кисти рук. Такой характер работы может привести к появлению болезненных симптомов, которые имеют общее название - синдром длительных статических нагрузок, который может проявиться усталостью, болью, судорогой, онемением и т.д., в различных участков тела и возникать индивидуально с разной частотой.

Рабочее положение "сидя" обеспечивается статической работой большого количества мышц. При таком положении тела мышцы плеча, шеи и рук длительное время находятся в сокращенном положении. Поскольку мышцы не расслабляются, в них ухудшается кровооборот.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены