ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ЗЕРНОВОГО СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ В ДРЕВЕСНО-ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ
Янченко В.С., Лукутцова Н.П., Горонстаева Е.Ю. (БГИТА, г. Брянск, РФ)
Yanchenko V.S., Lukutsova N.P., Gornostaeva E.Y. (BGITA, str. Bryansk, RU)
Рассмотрены вопросы математического моделирования процесса подбора оптимального состава органического заполнителя растительного происхождения. При этом применяется методика, основанная на формализме гибридного автомата.
Considered are the questions of mathematical simulation of the process of selection of the optimal composition of the organic core of vegetable origin. It uses a methodology based on the formalism of a hybrid automaton.
Ключевые слова: моделирование, гибридный автомат, зерновой состав
Key words: simulation, hybrid machine, grain composition
Древесно-цементные композиции имеют крупнопористую структуру с незаполненным межзерновым пространством. Важным отличительным моментом структуры древесно-цементных композиций является то, что от 80 до 90 % объема твёрдого тела занимает древесный заполнитель и только от 10 до 20 % приходится на цементный камень. Крупнопористое строение ДЦК определяется технологией изготовления и зависит от состава композиций, гранулометрического состава заполнителя и тому подобное [1].
Одним из направлений улучшения физико-технических свойств древесно-цементных композиций является совершенствование ее структуры на макроуровне, направленное уменьшение межзерновой пустотности. В основном это достигается путем подбора оптимального гранулометрического состава органического заполнителя растительного происхождения, при котором некоторая часть межзернового пространства заполняется древесными частицами меньших размеров, в результате чего увеличивается поверхность контакта отдельных зерен заполнителя в объеме материала [2].
При решении технологических задач удобно использовать суммарные (интегральные) кривые распределения, построенные но накопленным частностям. Для органического заполнителя растительного происхождения интегральной кривой распределения является график его зернового состава, представленный на рисунке 1.
Рисунок 1 – График зернового состава органического заполнителя растительного происхождения
Современный подход к математическому компьютерному моделированию технологических процессов и устройств предполагает использование динамических моделей, что связано, во-первых, со сложностью моделируемых объектов, и, во-вторых, с необходимостью оперативного вмешательства в работу модели. В этом отношении наиболее эффективным представляется использование формализма гибридного автомата [3, 4].
При математическом моделировании компьютерная программа должна позволять смоделировать процесс грохочения смеси, состоящей из мелких и крупных опилок, в результате чего получается смесь органического заполнителя рационального состава, пригодная для получения древесно-цементных композиций.
Применение пакета Model Vision Studium (MvS) при решении подобной задачи для подбора состава песчаной смеси описано в [5]. Для применения этой методики к задаче подбора состава органического заполнителя потребовалось изменить состав сит, данные ГОСТ, адаптировать вид Рабочего окна. Ниже приводятся результаты этой работы.
Граф гибридного автомата, построенный средствами пакета MvS и называемый в принятой терминологии картой поведения, показан на рисунке 2.
Модель включает диалоговое окно, показанное на рисунке 3, которое играет роль пульта управления. Пользователь имеет возможность, не выходя из режима моделирования, задавать параметры компонентов древесной смеси, изменять ее процентное содержание, а результаты сравнивать с требованиями ГОСТ.
Рисунок 2 – Карта поведения модели
Рисунок 3 – Рабочее окно модели
В ходе моделирования строятся графики зернового состава, позволяющие пользователю визуально подбирать требуемые характеристики смеси – рис.4.
Таким образом, данная методика применения формализма гибридного автомата, реализованная в среде MvS, позволяет в динамическом режиме анализировать и подбирать требуемый дисперсионный состав органического заполнителя для арболита.
Рисунок 4
Список использованных источников
1 Щербаков А.С. Арболит. Повышение качества и долговечности [Текст] / А.С. Щербаков, Л.П. Хорошун, В.С. Подчуфаров. – М.: Лесн. пром-ть, 1979. – 160 с.
2 Бутерин В.М. Исследование возможности использования пылевидных отходов древесины при производстве арболита [Текст] / В.М. Бутерин, В.С. Подчуфаров, К.А. Левинский, Б.З. Кузинец // Научные труды МЛТИ. – М., 1989. – Вып. 216. – С. 11-17.
3 Сениченков, Ю.Б. Численное моделирование гибридных систем [Текст] / Ю.Б. Сениченков. – СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2004. – 206 с.
4 Колесов, Ю.Б. Объектно-ориентированное моделирование сложных динамических систем [Текст] / Ю.Б. Колесов. – СПб.: СПб ГПУ, 2004. – 240 с.
5 Янченко, В.С. Математическое моделирование процесса подбора состава песчаной смеси [Текст] / В.С. Янченко, Н.П. Лукутцова, Е.В. Дегтярев, Е.Л. Королева, С.В. Ширко // Строительство и реконструкция. – 2012. - № 4 (42). – С. 72 – 76.