Дипломная работа на тему "Моделирование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой"

ГлавнаяИнформатика → Моделирование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "Моделирование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой":


Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

Кафедра компьютерных информационных технологий

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ (ДП) №____< /p>

Тема: Моделирование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой

Выполнил студент

гр. ІТ 01-1з В. М. Богдюк

Краматорськ, 2007 г.


Реферат

Пояснительная записка к дипломной работе содержит _ страниц машинописного текста, 16 рисунков, 6 таблиц, 1 приложение.< /p>

Тема дипломной работы "Моделирование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой".

Объект исследования - тепловые процессы при наплавке порошковой проволокой.

Цель работы - разработка программно-методического комплекса для расчета температурного поля вылета порошковой проволоки.

В работе содержатся общие сведения о процессе наплавки, порошковых проволоках, их строении и применении. Рассматриваются тепловые процессы при наплавке порошковой проволокой. Описываются математические модели нагрева оболочки вылета и сердечника. Производится анализ решения дифференциального уравнения теплопроводности. Разработаны логическая и информационные модели программного комплекса.

Разработанный программный комплекс позволяет выполнить расчет температурного поля вылета порошковой проволоки, определить температуру в любой точке сердечника, зависимость температуры нагрева оболочки от плотности тока и теплофизических свойств. Результаты моделирования представлены в виде графических зависимостей и таблиц. Программный комплекс предусматривает сохранение полученных результатов на магнитных носителях и удобство использования для неподготовленного пользователя.

Данный комплекс программ предназначен для использования в научных разработках.

Заказать написание дипломной - rosdiplomnaya.com

Качественное написание дипломных проектов на заказ в Перми и в других городах РФ.

моделирование, тепловой процесс, порошковая проволока, оболочка, сердечник, уравнение теплопроводности, предварительный подогрев.

Ведомость работы

--------------------------------------------------
Формат |

п/п

|

Наименование

документа

| Наименование объекта или изделия | Кол-во листов |
---------------------------------------------------------
А4 | 1 |

Пояснительная

записка

| КИТ 982.00.00.00. ДР. ПЗ |
---------------------------------------------------------

Графическая часть

|
---------------------------------------------------------
А4 | 2 |

Тепловой баланс нагрева порошковой проволоки

| КИТ 982.01.00.00 ДР. ПЛ | 2 |
---------------------------------------------------------
А4 | 3 | Математическая модель нагрева оболочки вылета порошковой проволоки | КИТ 982.02.00.00 ДР. ПЛ | 1 |
---------------------------------------------------------
А4 | 4 | Математическая модель нагрева сердечника порошковой проволоки | КИТ 982.03.00.00 ДР. ПЛ | 1 |
---------------------------------------------------------
А4 | 5 | Матем. модель нагрева порошковой проволоки при наплавке с предва-рительным подогревом | КИТ 982.04.00.00 ДР. ПЛ | 1 |
---------------------------------------------------------
А4 | 6 | Контекстная DFD-диаграмма програм-много комплекса | КИТ 982.05.00.00 ДР. ПЛ | 1 |
---------------------------------------------------------
А4 | 7 | Детализирующая DFD-диаграмма програм-много комплекса | КИТ 982.06.00.00 ДР. ПЛ | 1 |
---------------------------------------------------------
А4 | 8 | STD-диаграмма прог-раммного комплекса | КИТ 982.07.00.00 ДР. ПЛ | 1 |
---------------------------------------------------------
А4 | 9 | Структура программно-методического комплекса | КИТ 982.08.00.00 ДР. ПЛ | 1 |
---------------------------------------------------------
А4 | 10 | Структура отдельных модулей | КИТ 982.09.00.00 ДР. ПЛ | 3 |
---------------------------------------------------------
А4 | 11 | Исследование темпера-турного поля вылета порошковой проволоки | КИТ 982.10 00.00 ДР. ПЛ | 3 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Содержание

Реферат

Введение

1. Анализ состояния вопроса и постановка задачи

1.1 Тепловые процессы при наплавке порошковой проволокой

1.2 Анализ и выбор средств разработки программного обеспечения

1.3 Техническое задание на разработку программно-методического комплекса

1.4 Цель и задачи исследований

2. Математическое моделирование теплового состояния вылета порошковой проволоки

2.1 Модель нагрева оболочки вылета порошковой проволоки

2.2 Модель нагрева сердечника порошковой проволоки

2.3 Анализ решения дифференциального уравнения теплопроводности

2.4 Исследование теплового состояния вылета порошковой проволоки при наплавке с предварительным подогревом

2.4.1 Способ наплавки с предварительным подогревом

2.4.2 Исследование электротермических процессов на участке подогрева

2.4.3 Исследование теплового состояния сердечника подогреваемой на вылете порошковой проволоки

3. Разработка компонентов программно-методического комплекса

3.1 Разработка логической модели ПМК

3.1.1 Разработка диаграммы потоков данных

3.1.2 Разработка диаграммы переходов состояний

3.1.3 Разработка диаграммы компонентов

3.1.4 Разработка диаграммы использования

3.2 Структура программно-методического комплекса

3.3 Информационное обеспечение комплекса

3.4 Техническое обеспечение комплекса

3.5 Программное обеспечение комплекса

4. Специальная часть

4.1 Структура и функциональное назначение отдельных модулей ПМК

4.1.1 Модуль расчета

4.1.2 Модуль построения графиков

4.1.3 Модуль формирования отчетов

4.2 Описание интерфейса пользователя

4.3 Исследование температурного поля вылета порошковой проволоки

4.4 Программа и методика испытаний

5 Охрана труда

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

5.2 Мероприятия по обеспечению безопасных и комфортных условий труда

5.3 Расчет естественного освещения

Выводы

Список использованных источников

Приложение А


Введение

Наплавка является важным технологическим процессом при изготовлении деталей машин, обеспечивающая экономию расхода металла.

Производители металлоконструкции всегда стоят перед проблемой выбора сварочных материалов, способных обеспечить требуемое качество металла шва и сварного соединения при максимальной производительности сварки.

Сегодня на отечественных заводах для механизированной сварки в среде защитных газов применяют, в основном, сварочную проволоку сплошного сечения марок Св-08Г2С, Св-08ГС. Одним из достоинств сварочной проволоки является ее сравнительно низкая цена. Однако при изготовлении конструкций ответственного назначения производственники затрачивают столько людских ресурсов и средств на зачистку швов и околошовной зоны, доводку формы шва и его поверхности, отвечающих требованиям технической документации, что это достоинство проволоки становится ее недостатком.

Необходимость применения других видов сварочных материалов, а это, прежде всего, должна быть порошковая проволока, особенно остро ощущают производители сварных конструкций, выполняющие зарубежные заказы. В этом случае предъявляют требования не только к надежности конструкции, но и к внешнему виду сварных швов и эффективности (стоимости) изготовления.

На многих крупных заводах-производителях металлоконструкций, где основным способом сварки является механизированная в среде защитных газов, и большой объем применения сплошной проволоки, основными причинами ограниченного использования порошковой проволоки является не столько изношенность сварочного оборудования или недостаточное количество специализированных подающих механизмов, сколько недооценка технологических и экономических преимуществ применения порошковой проволоки.

Порошковая проволока обеспечивает мягкое стабильное горение дуги, мелкокапельный перенос и минимальное разбрызгивание электродного металла, отличное формирование шва. Тонкая шлаковая корка легко удаляется с поверхности шва, в том числе и при сварке в узкий зазор. Поверхность шва гладкая, блестящая, аналогичная поверхности швов при сварке под флюсом.

Порошковая проволока обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами в широком диапазоне режимов сварки, чем выгодно отличается от проволок сплошного сечения.

Производственные испытания новых порошковых проволок на ряде машиностроительных заводов показали высокую технико-экономическую эффективность их применения

Применение порошковой проволоки взамен сплошной обеспечивает рост производительности сварки. При сварке, преимущественно в нижнем положении, увеличение производительности сварки составляет 20-40%. Если доля швов, которые необходимо выполнять в вертикальном и потолочном положениях более 50% от общего количества швов, то производительность сварки порошковой проволокой увеличивается в два и более раза.

При использовании сплошной порошковой проволоки подобная производительность может быть достигнута при сварке на форсированных режимах. Однако в этом случае растет расход углекислого газа, увеличивается количество выбросов вредных веществ в зону дыхания сварщика, растет интенсивность излучения дуги, увеличиваются затраты на вспомогательные операции и т. д. Все это не повышает, а снижает суммарный эффект от сварки на форсированном режиме.

Применение порошковой проволоки позволяет решать не только проблемы повышения производительности сварки. Основным достоинством сварки порошковой проволокой является обеспечение хорошего формирования шва правильной формы с блестящей, гладкой поверхностью, малого разбрызгивания электродного металла, глубокого проплавления корня шва.

При сварке порошковыми проволоками обеспечивают более высокие механические свойства металла шва (ударная вязкость, пластичность), чем при сварке сплошной проволокой.

Порошковые проволоки рутилового типа находят широкое применение при изготовлении ответственных металлоконструкций, когда необходимо выполнять сварку в вертикальном или потолочном положениях, например, в судостроении.

В современных рыночных условиях для производителя сварных конструкций при выборе того или иного сварочного материала, определяющим является не только технические характеристики материала, но и его стоимость.

При более высокой стоимости главное преимущество порошковой проволоки в сравнении с проволокой сплошного сечения - возможность изготовить в 1,3-1,5 раза больше готовой продукции высокого качества [1].

В связи с высокой стоимостью порошковой проволоки является актуальным проведение комплексных теоретических и экспериментальных исследований, направленных на развитие методов расчета, уточнение исходных данных, решение оптимизационных задач и, как следствие, на совершенствование технологических режимов наплавки. Для этого необходимо изучить процессы, происходящие при наплавке, установить закономерности нагрева оболочки и сердечника, выявить факторы, влияющие не неравномерность нагрева, проанализировать результаты. Разработанный программно-методический комплекс значительно упрощает выполнение этих задач.


1. Анализ состояния вопроса и постановка задачи 1.1 Тепловые процессы при наплавке порошковой проволокой

В процессе сварки порошковая проволока проходит стадии нагрева и плавления, сопровождающиеся окислением железа и легирующих элементов, разложением органических материалов, карбонатов и фторидов, комплексообразованием и пр. Развитие этих процессов в сердечнике оказывает существенное влияние на взаимодействие расплавленного металла с газами и шлаком и во многом определяет технологические показатели сварки [2]. Исследованию характера плавления порошковой проволоки посвящено значительное число работ [3-8], однако вопросы управления этим процессом изучены недостаточно.

Определяющее влияние на характер плавления порошковой проволоки оказывает соотношение скоростей плавления оболочки и сердечника, которое определяется тепловым состоянием системы "оболочка-сердечник".

В процессе сварки нагрев и плавление сердечника проволоки происходит за счет тепла, поглощаемого сердечником от излучения сварочной дуги Qu и, теплопередачи от расплавленной капли металла Qk, тепла, полученного сердечником путем теплопередачи от оболочки, нагретой протекающим по ней током, Qоб, тепла, выделяемого в сердечнике от прохождения части сварочного тока (тока шунтирования) Qш, тепла экзотермических реакций на плавящемся торце проволоки Qэ. Кроме того, часть тепла Qб уходит на охлаждение проволоки путем теплоотдачи с боковой поверхности в окружающую среду. Т. е. можно записать, что:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (1.1)

Это тепло расходуется на нагрев и плавление компонентов сердечника:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (1.2)

где Vc - скорость плавления сердечника порошковой проволоки;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - теплоемкость i-го компонента шихты сердечника;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - температура плавления i-го компонента шихты сердечника;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - концентрация i-го компонента шихты сердечника.

Если Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., то обеспечивается равенство скоростей плавления оболочки и сердечника. Однако на практике чаще всего Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.<Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., то есть имеет место отставание плавления сердечника от оболочки. Оболочка правится быстрее, а сердечник может поступать в сварочную ванну, минуя стадию капли. Такой характер плавления и перехода электродного металла объясняется нерациональной конструкцией и составом сердечника порошковой проволоки [9], а также большим электрическим сопротивлением на границе оболочка-сердечник [10].

Наиболее распространенные способы управления величиной отставания связаны с подбором состава наполнителя порошковой проволоки [11]. Однако для наплавочных самозащитных порошковых проволок варьирование состава ограничено необходимостью получения легированного наплавленного металла, соответствующей газошлаковой защиты и удовлетворительных технологических свойств образующегося шлака.

Таким образом, наше влияние на конечный результат, определяемый выражением для Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., весьма ограничено. Поэтому рассмотрим составляющие уравнения для Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. с точки зрения управляемости процессом плавления сердечника. Неравномерность плавления оболочки и сердечника порошковой проволоки непосредственно зависит от распределения сварочного тока между оболочкой и сердечником. Электросопротивление сердечника в 3000 раз больше, чем электросопротивление металла оболочки [12], поэтому проводимость шихты сердечника составляет обычно 3,5-4% от проводимости оболочки порошковой проволоки. Следовательно, сварочный ток протекает практически по оболочке порошковой проволоки, а плотность тока в порошковой проволоке можно рассчитывать по сечению оболочки.

Площадь оболочки S в поперечном сечении составляет обычно 2 - 5 мм2. Расчет показывает, что и процессе сварки оболочка порошковых проволок на вылете может нагреваться до температур примерно 1000 °С

В некоторых случаях отставания плавления сердечника от оболочки порошковой проволоки планируют специально, например, когда необходимо поступление легирующих составляющих в наплавленный металл в нерасплавленном состоянии. Для этого с целью ухудшения теплопередачи между сердечником и оболочкой проволоки помещают теплоизолирующую прослойку толщиной 0,1-0,2 мм с низкой теплопроводностью.

В основу расчета теплового баланса нагрева вылета порошковой проволоки положена расчетная схема Н. Н. Рыкалина [13], в которой учтены некоторые особенности теплового состояния, характерные для порошковой проволоки:

Электрическое сопротивление шихты сердечника намного больше сопротивления оболочки порошковой проволоки.

Сварочный ток проходит в основном через оболочки проволоки, поэтому плотность тока в порошковой проволоке можно считать по сечению оболочки.

При прохождении сварочного тока по порошковой проволоке все тепло выделяется в ее оболочке.

Выделившееся тепло идет на нагрев оболочки проволоки, сердечника и частично теряется через боковую поверхность порошковой проволоки путем теплоотдачи в окружающую среду.

Поскольку нас интересует нагрев порошковой проволоки сварочным током на вылете, а составляющие теплового баланса Qu, Qk, Qэ оказывают влияние на нагрев сердечника только на заключительной стадии плавления порошковой проволоки (на участке вылета длиной 3-5 мм в области дуги), где температура сердечника приближается к температуре плавления компонентов шихты, то при расчете уравнения теплового баланса мы их учитывать не будем.

Итак, выделим элементарный участок порошковой проволоки длиной Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., находящийся на расстоянии Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. от токоподвода. Тогда тепловой баланс нагрева участка порошковой проволоки сварочным током с учетом принятых допущений выразится уравнением:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (1.3)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.- джоулево тепло, выделившееся в оболочке на данном участке вылета;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - приращение теплосодержания оболочки проволоки;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - приращение теплосодержания сердечника порошковой проволоки;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - приращение теплосодержания изолирующей прослойки;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - теплоотдача с боковой поверхности данного участка вылета в окружающую среду.

Слагаемые правой части уравнения (1.3) различаются по величине. Максимальной величиной обладает член Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., поскольку источник теплоты находится именно в оболочке. Величины Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. пропорциональны коэффициентам теплопередачи соответственно в сердечник и в окружающую среду.

При прохождении тока в элементе Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. оболочки вылета за время Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. выделится теплота:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (1.4)

где I - ток наплавки, А;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - удельное сопротивление материала оболочки, Ом*м;

S0 - площадь поперечного сечения оболочки порошковой проволоки, м2.

Накопление теплоты в элементе Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. оболочки проволоки при увеличении температуры на Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в единицу времени за время Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. составит:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (1.5)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - удельная теплоемкость материала оболочки порошковой проволоки, Дж/кг*град; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - плотность материала оболочки порошковой проволоки, кг/м3; Тоб - температура оболочки, °С.

Накопление теплоты в элементе Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. сердечника вылета порошковой проволоки при увеличении температуры шихты на Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в единицу времени за время Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. составит:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (1.6)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - удельная теплоемкость материала сердечника порошковой проволоки, Дж/кг*град; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - плотность материала сердечника порошковой проволоки, кг/м3; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - площадь поперечного сечения сердечника порошковой проволоки, м2; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.- средняя объемная температура сердечника порошковой проволоки, °С. Величину Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. можно найти из соотношения

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (1.7)

Накопление теплоты в элементе Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. изолирующей прослойки при увеличении температуры на Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в единицу времени за время Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. составит:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (1.8)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - удельная теплоемкость материала прослойки, Дж/кг*град;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - плотность материала прослойки, кг, м3;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - средняя температура изолирующей прослойки, °С;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - площадь поперечного сечения прослойки, м2.

Тепло, отдаваемое с боковой поверхности участка Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. вылета порошковой проволоки за время Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. составит:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (1.9)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - коэффициент теплообмена с окружающей средой, Вт/м2;

Т0 - температура окружающей среды, °С;

Р - периметр оболочки порошковой проволоки, м.< /p>

Температуры Тоб, Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. являются функциями времени, а удельное сопротивление Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - функцией Тоб, т. е. также функцией времени, заданной в неявной форме.

Связь между Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Тоб задается формулой:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (1.10)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - удельное сопротивление при начальной температуре Тоб=Т0, Ом×м;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.- температурный коэффициент сопротивления материала оболочки, °С-1.

Поскольку изолирующая прослойка имеет толщину 0,1-0,2мм, что на порядок ниже диаметра сердечника порошковой проволоки, то с достаточной точностью можно принять, что распределение температуры по толщине прослойки имеет линейный характер (в действительности логарифмический) и в месте контакта с шихтой сердечника прослойка имеет температуру, равную:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (1.11)

где величина W находится в диапазоне 0<W£1. Коэффициент W=1, если прослойка отсутствует.

Тогда среднюю температуру изолирующей прослойки Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. можно вычислить по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

или, подставляя значение Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. из формулы (1.11), получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (1.12)

За исключением небольшого участка, нагреваемого с торца, сердечник можно представить в виде цилиндра бесконечной длины, нагреваемого с поверхности. Из теории переноса тепла применительно к дисперсным системам и капиллярно-пористым телам следует, что для определения температуры в произвольной точке цилиндра в момент времени t требуется решить дифференциальное уравнение теплопроводности Лапласа. Решение этого уравнения будет приведено ниже.


1.2 Анализ и выбор средств разработки программного обеспечения

Вся мировая индустрия средств разработки приложений движется в направлении максимального упрощения процесса создания программ, переводя его на визуальный уровень. Это позволяет программисту сосредоточиться только на логике решаемой задачи [14].

В настоящее время существует множество средств разработки программного обеспечения. Каждое средство имеет как достоинства, так и недостатки. Наиболее признанными являются Visual Basic, Delphi, Visual C++. Сравним их и выберем наиболее удобное средство разработки.

Методика определения подходящего программного продукта заключалась в следующем.

Сначала выбиралось несколько доступных и известных программных продуктов. В данном случае это были Delphi 5.0, Visual C++ 6.0 и Visual Basic. Каждому критерию давалось значение веса исходя из целей проектирования таким образом, что сумма весов всех критериев равнялась 1 [15].

После рассматривались критерии, которые имели параметры, каждому параметру критерия давалось значение веса таким образом, чтобы сумма их весов равнялась 1. Данные для анализа экспертной оценки были получены путем изучения специальной периодической печати: журналов "РС World", "Компьютеры + программы", по результатам были получены среднестатистические оценки характеристик средств разработки программных продуктов, представленные в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Сравнительная характеристика средств разработки программного обеспечения

--------------------------------------------------
Критерий | Вес | Delphi 5.0 | Visual C++ 6.0 | Visual Basic 6.0 |
---------------------------------------------------------
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
---------------------------------------------------------

Инсталляция

|

0,05

|

7,4

|

6,9

|

7,3

|
---------------------------------------------------------
Простота | 0,7 | 8 | 6 | 7 |
---------------------------------------------------------
Возможность кастомизации | 0,3 | 6 | 9 | 8 |
---------------------------------------------------------

Производительность компилятора

|

0,15

|

9,2

|

6,4

|

7,6

|
---------------------------------------------------------
Скорость компиляции | 0,6 | 10 | 4 | 8 |
---------------------------------------------------------
Оптимизация кода | 0,4 | 8 | 10 | 7 |
---------------------------------------------------------

IDE

|

0,1

|

8,1

|

7,7

|

6,3

|
---------------------------------------------------------
Наличие макроязыка | 0,1 | 4 | 9 | 6 |
---------------------------------------------------------
Наличие помощников | 0,2 | 9 | 8 | 9 |
---------------------------------------------------------
Навигация по коду | 0,3 | 9 | 4 | 5 |
---------------------------------------------------------
Интегрированный отладчик | 0,4 | 8 | 10 | 6 |
---------------------------------------------------------

GUI среды

|

0,05

|

6,9

|

6,9

|

6,4

|
---------------------------------------------------------
Наглядность | 0,5 | 10 | 7 | 9 |
---------------------------------------------------------
Структурированность информации | 0,2 | 5 | 5 | 5 |
---------------------------------------------------------
Наличие диаграмм | 0,3 | 3 | 8 | 3 |
---------------------------------------------------------

Язык программирования

|

0,2

|

9

|

8,8

|

8,7

|
---------------------------------------------------------
Поддержка ООП | 0,2 | 8 | 10 | 8 |
---------------------------------------------------------
Поддержка COM | 0,1 | 8 | 10 | 7 |
---------------------------------------------------------
Поддержка OLE Automation | 0,3 | 10 | 10 | 10 |
---------------------------------------------------------
Поддержка обработки исключительных ситуаций | 0,2 | 8 | 9 | 7 |
---------------------------------------------------------
Восприятие языка человеком | 0,2 | 10 | 5 | 10 |
---------------------------------------------------------

Поддержка БД

|

0,1

|

9,6

|

8

|

6,6

|
---------------------------------------------------------
Создание одноуровневых приложений | 0,5 | 10 | 8 | 7 |
---------------------------------------------------------
Создание многоуровневых приложений | 0,3 | 10 | 8 | 5 |
---------------------------------------------------------
Наличие библиотек на языке среды | 0,2 | 8 | 8 | 8 |
---------------------------------------------------------
Программная поддержка |

0,05

|

7,8

|

9,2

|

8,6

|
---------------------------------------------------------
Наличие дополнительных компонентов | 0,2 | 8 | 8 | 8 |
---------------------------------------------------------
Наличие компонентов сторонних фирм-разработчиков | 0,2 | 10 | 8 | 5 |
---------------------------------------------------------
Документация | 0,6 | 7 | 9 | 10 |
---------------------------------------------------------

Ресурсоемкость

|

0,1

|

6,6

|

7,2

|

7,2

|
---------------------------------------------------------
Требования к ОЗУ | 0,7 | 6 | 6 | 6 |
---------------------------------------------------------
Требования к свободному месту на диске | 0,3 | 8 | 9 | 10 |
---------------------------------------------------------

Стоимость

|

0,2

|

8

|

10

|

7

|
---------------------------------------------------------
ИТОГО | 1 | 8,315 | 8,16 | 7,405 |
--------------------------------------------------------- --------------------------------------------------

Интегральная оценка для критерия вычисляется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

где Iоц. К. - интегральная оценка критерия;

pi - весовой коэффициент i-ой части критерия;

Оцi - оценка i-ой части критерия.

Интегральная оценка для продукта определяется по формуле:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

где Iоц. пр. - интегральная оценка продукта.

Таким образом, видно, что наиболее мощным и удобным средством разработки программного обеспечения является интегрированная среда разработки Delphi.

Delphi превосходит другие программные продукты по следующим важнейшим критериям:

инсталляция;

производительность компилятора;

IDE;

язык программирования;

поддержка БД.


1.3 Техническое задание на разработку программно-методического комплекса

Введение

Наименование программного изделия - "Программно-методический комплекс для расчета температурного поля вылета порошковой проволоки". Область применения программного изделия - сварочное производство.

Основание для разработки

Основанием для разработки данного программного комплекса является задание на дипломную работу утвержденное приказом по академии № 07-17 от 07.02.2003 года.

Наименование организации: ДГМА.< /p>

Тема разработки: "Моделирование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой".

Специальная часть: "Программно-методический комплекс для расчета температурного поля вылета порошковой проволоки".

Назначение разработки

Функциональное назначение программно-методического комплекса:

расчет температурного поля вылета порошковой проволоки и построение графических зависимостей;

расчет неравномерности нагрева;

расчет плотности тока и тока наплавки;

моделирование температуры оболочки;

моделирование температуры сердечника;

Эксплуатационное назначение - исследование тепловых процессов при наплавке порошковой проволокой, решение оптимизационных задач, совершенствование технологических режимов наплавки.

Требование к программному изделию

Требования к функциональным характеристикам

Программно-методический комплекс должен выполнять следующие функции:

обеспечивать максимально удобный и доступный ввод входной информации;

осуществлять проверку корректности входных данных;

обеспечивать наглядное представление выходной информации;

осуществлять контроль действий пользователя;

обеспечить удобство работы пользователя, а именно: пользовательский интерфейс должен быть интуитивно понятным, должны обеспечиваться различные уровни доступа к функциям.

Кроме этого необходимо предусмотреть возможность расширения и совершенствования программного комплекса, возможность удовлетворения изменившихся требований, не предусмотренных при проектировании.

Ввод исходных данных осуществляется пользователем путем ввода значений с клавиатуры в предназначенные для этого поля в диалоговом режиме либо выбор из ранее созданной базы данных.

Результаты моделирования представляются в виде графических зависимостей и таблиц. Предусмотрена возможность сохранения результатов в отчетах.

Требования к надежности.

Программный комплекс должен устойчиво функционировать и не приводить к зависанию операционной системы в аварийных ситуациях, должен обеспечивать полную безопасность обработки информации по алгоритмам. В процессе диалогового ввода информации с клавиатуры программа должна осуществлять ее контроль, а также контроль действий пользователя. Программный комплекс должен гарантировать соответствие выходной информации полученным данным, также предусмотреть отсутствие искажения информации при аварийном отключении электроэнергии.

Условия эксплуатации.

ПМК размещается на жестком диске в виде файлов, готовых к применению при работе компьютера в среде Windows 95 и выше. Эргономические показатели должны соответствовать санитарным и техническим нормам эксплуатации ПЭВМ.

Для нормального функционирования программного комплекса и обеспечения сохранности данных на различных носителях должны быть обеспечены параметры окружающей среды в следующих диапазонах:

температура 10 -30°С;

влажность 10 - 60%.

Для обеспечения технического и программного обслуживания системы необходимо наличие в штате сотрудников системного оператора, который в случае возникновения сбоев в работе системы сможет ликвидировать неполадки.

Для работы с ПМК достаточно одного работника, имеющего достаточный минимум знаний об объекте проектирования и некоторый опыт работы на персональном компьютере в среде Windows.

Требования к составу и параметрам технических средств.

Для нормальной работы программного комплекса необходимы следующие технические средства:

процессор Pentium 166 и выше;

минимум 32MB RAM;

минимум 3 MB дискового пространства;

дисковод;

манипулятор "мышь";

монитор VGA или SVGA.

Желательно наличие индивидуального принтера для распечатки полученных результатов моделирования.

Требования к информационной и программной совместимости

Для функционирования программного комплекса необходимо наличие операционной системы Windows 9х и выше и ВDE.

Исходные коды программ должны быть разработаны в интегрированной среде разработки Delphi.

Требования к программной документации.

Предварительный состав программной документации установлен в соответствии с ДСТУ 3008-95. Ниже приведен список программных документов и их содержание:

описание ПМК - сведения о логической структуре и функционирование ПМК;

текст программы - запись программы с необходимыми комментариями;

программа и методика испытаний - требования, подлежащие проверке при испытании программы, а также порядок и методы их контроля;

техническое задание - настоящий документ;

пояснительная записка - схема алгоритма, общее описание алгоритма и функционирования программы, а также обоснование принятых технических и технико-экономических решений.

Технико-экономические показатели.

Экономическим преимуществом данного ПМК является сокращение затрат на проведение дорогостоящих экспериментов.

Стадии и этапы разработки

Стадии и этапы разработки соответствуют ДСТУ 3008-95 и состоят из следующих разделов:

анализ предметной области - описание предметной области, анализ существующих программных продуктов;

математическое моделирование теплового состояния вылета порошковой проволоки;

создание диаграмм потоков данных - создание контекстной диаграммы автоматизированной системы проектирования;

разработка структуры программного комплекса - определение основных частей программного комплекса и взаимодействий между ними;

разработка форм приложения;

разработка алгоритмов обработки информации;

тестирование системы на полноту и корректность выполняемых функций;

совершенствование пользовательского интерфейса - создание справки, улучшение дизайна приложения, подготовка программной документации, описанной выше.

Порядок контроля и приемки.

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.

  1.4 Цель и задачи исследований

Несмотря на то, что наплавка порошковой проволокой находит широкое применение в сварочном производстве, вопросы управления этим процессом изучены недостаточно. Необходимость исследования процесса наплавки обусловлена следующими причинами:

для получения качественного сварного шва очень важно уменьшить неравномерность плавления оболочки и сердечника. Для этого нужно правильно определить режимы сварки, тип и геометрические параметры порошковой проволоки;

высокая стоимость порошковой проволоки требует ее оптимального использования.

Поэтому нужно провести комплексные теоретические и экспериментальные исследования, направленные на установление закономерности нагрева оболочки и сердечника, выявление факторов, влияющих не неравномерность нагрева, на уточнение исходных данных, решение оптимизационных задач, и, как следствие, совершенствование технологических режимов наплавки. Для этого необходимо изучить процессы, происходящие при наплавке, разработать математические модели нагрева, проанализировать результаты.

Сформулируем цель исследования: улучшение технологии наплавки порошковой проволокой путем уменьшения неравномерности плавления оболочки и сердечника на основе разработки математических моделей и программных средств.

Выделим основные задачи, обеспечивающие достижение цели:

исследование температурного поля вылета порошковой проволоки;

разработка математических моделей нагрева оболочки и сердечника;

разработка программно-методического комплекса для исследования температурного поля;

исследование зависимостей параметров тепловых процессов от режимов наплавки и теплофизических характеристик порошковой проволоки;

анализ полученных результатов.


2. Математическое моделирование теплового состояния вылета порошковой проволоки 2.1 Модель нагрева оболочки вылета порошковой проволоки

Подставляя найденные ранее значения Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (формулы (1.4) - (1.9)) в уравнение (1.3), получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Из формулы (1.12) видно, что:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

а из модели нагрева сердечника заключаем, что:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Тогда уравнение теплового баланса можно упростить. В итоге получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Обозначим отношение массы сердечника к массе оболочки проволоки через Кс, т. е.:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

а отношение массы изолирующей прослойки к массе оболочки проволоки через Kn, т. е.:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Тогда уравнение теплового баланса примет вид:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.плотность тока, А/м2.

Подставляя в полученное уравнение выражение (1.10), будем иметь:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Введем обозначения:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Тогда уравнение можно записать в виде:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Решение полученного дифференциального уравнения проведем методом разделения переменных. Имеем:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Интегрируя это выражение, получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Используя обозначение Соб=В/А, окончательно получим:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (2.1)

Это и есть математическая модель нагрева оболочки порошковой проволоки.

Положив начальную температуру Т0=0, будем иметь:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (2.2)

Поскольку:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.-диаметр порошковой проволоки, м;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.-толщина оболочки, м,

то Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. Тогда коэффициенты А и Соб будут вычисляться по формулам:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (2.3)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (2.4)

Если потерями тепла с боковой поверхности порошковой ленты пренебречь, то коэффициенты А и Соб будут такими:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Если, кроме того, используется порошковая проволока без изолирующей прослойки, то коэффициент А будет вычисляться следующим образом:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (2.5)

Из уравнения (2.5) можно найти плотность тока:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (2.6)

2.2 Модель нагрева сердечника порошковой проволоки

Для решения уравнения (1.3) с подстановками формул (1.4) - (1.9) необходимо знать зависимость температуры сердечника Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.от времени t или от температуры оболочки Тоб.

Для установления такой зависимости необходимо решить дифференциальное уравнение теплопроводности Лапласа:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (2.7)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - коэффициент теплопроводности сердечника, м2/с; Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.-оператор Лапласа.

Следовательно имеем систему двух дифференциальных уравнений (1.3), (2.7) с двумя неизвестными функциями времени Тоб и Тс. Решение данной системы упрощается вследствие того, что по экспериментальным данным известен закон изменения температуры Тоб на вылете:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (2.8)

где длина вылета, м;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.скорость плавления (подачи) порошковой проволоки, м/с;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. - неизвестные постоянные коэффициенты, зависящие от режима наплавки.

Зависимость (2.8) будет задавать краевые условия для дифференциального уравнения (2.7). Введем цилиндрическую систему координат, началом отсчета в которой является токоподвод, осью аппликат - ось порошковой проволоки, ее положительное направление совпадает с направлением подачи проволоки. Выбор нуля полярного радиуса несущественен. Оператор Лапласа в этой системе координат примет вид:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Для элементарного участка длиной Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. можно допустить, что распределение температуры по длине равномерно. Тогда:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Таким образом, для сердечника порошковой проволоки уравнение теплопроводности (2.7) в цилиндрических координатах будет иметь вид:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (2.9)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.полярный радиус.

Необходимо найти решение дифференциального уравнения (2.9) при следующих краевых условиях:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (2.10)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (2.11)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.,

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (2.12)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (2.13)

В формуле (2.11) 2R - это диаметр сердечника порошковой проволоки. Формула (2.12) задает условие ограниченности температуры сердечника. Формула (2.13) задает условие симметричности, которое означает, что теплообмен между поверхностями сердечника и оболочки проволоки происходит со всех сторон одинаково. Это условие отражает тот факт, что форма сердечника представляет собой прямой круговой цилиндр и что температура нагрева не зависит от полярного угла, а изотермами сердечника являются поверхности вращения.

Для решения уравнения (2.9) используем новые переменные-безразмерные критерии:

безразмерное время нагрева или критерий Фурье:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (2.14)

безразмерная скорость нагрева или критерий Предводителева:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (2.15)

относительный радиус:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (2.16)

относительная безразмерная температура нагрева сердечника:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.; (2.17)

Подстановка этих переменных в уравнение (2.9) с соответствующими краевыми условиями (2.10) - (2.13) приводит к уравнению:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (2.18)

с краевыми условиями

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (2.19)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (2.20)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (2.21)

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. (2.22)

Представим функцию Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. в виде суммы общего решения уравнения (2.18) Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и частного решения Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Функции Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. должны удовлетворять уравнению (2.18) при их подстановке в отдельности вместо Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

Для нахождения общего решения Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. решим уравнение (2.18) методом разделения переменных [16]. Для этого решение будем искать в виде:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (2.23)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.функция только от Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.;

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.функция только от F0.

Подстановка (2.23) в уравнение (2.18) дает:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле..

От уравнения в частных производных можно перейти к обыкновенному дифференциальному уравнению:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

Откуда получим

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

или

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. (2.24)

Уравнение (2.24) представляет собой известное в математической физике уравнение Бесселя [17], решение которого представляется специальными функциями:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле., (2.25)

где Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. модифицированная функция Бесселя первого рода нулевого порядка; k0 - модифицированная функция Бесселя второго рода нулевого порядка. Функции Бесселя не выражаются не через элементарные функции, но они протабулированы с большой точностью [18], что позволяет их использовать в расчетах.

Используя краевые условия (2.20), (2.21), найдем постоянные коэффициенты Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. и Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.. При Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле. функция:

Рисунок убран из ра
<p>Здесь опубликована для ознакомления часть дипломной работы Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 528

Другие дипломные работы по специальности "Информатика":

Web-сайт для учителей информатики: анализ существующих и разработка нового приложения

Смотреть работу >>

Поиск фотооборудования

Смотреть работу >>

Автоматизированная система складского учета в ЗАО "Белгородский бройлер"

Смотреть работу >>

Автоматизированная система учета договоров страхования предпринимательских рисков

Смотреть работу >>

Создание информационно-справочной системы "Методический кабинет"

Смотреть работу >>