Вдосконалення засобів функціональної діагностики та захисту резервуарів на основі імітаційного моделювання

Přispěvatelé: Національний технічний університет України 'Київський політехнічний інститут', приладобудівний, приладів та сиcтем орієнтації та навігації
Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Popis: Дисертація присвячена вдосконаленню систем функціональної діагностики за допомогою введення в них елементів імітаційного моделювання для прогнозування зміни технічного стану конструкцій, а також розробці засобів захисту об’єктів для зберігання екологічно небезпечних речовин, які експлуатуються у важкодоступних місцях під впливом природних та техногенних збурень, від вітрового навантаження. Проведено геометричне та імітаційне моделювання резервуара для оцінки впливу елементів його конструкції на зміну величини вітрового навантаження. Встановлено функціональну залежність максимального тиску на стінки резервуара від швидкості повітряного потоку. Розроблено геометричні моделі засобів захисту резервуарів від вітрового навантаження. Досліджено ефективність розроблених засобів захисту для резервуарів з наземним та підземним фундаментами. Розроблено загальну функціональну схему автоматизованої системи функціональної діагностики. Розроблено підсистему візуалізації та її інформаційну модель, яка містить два основні модулі – модуль обробки сигналів вібрації та модуль імітаційного моделювання. Для підсистеми візуалізації розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення відображення результатів вимірювання вібрації, кутів нахилу та напружень, а також прогнозу зміни рівня пластичних деформацій. Оцінено адекватність використаних імітаційних моделей. Thesis is devoted to the improvement of functional diagnostics systems by integrating into them elements of simulation modeling for predicting changes in technical state of constructions. Thesis is also devoted to the development of protection means for objects used for storage of environmentally hazardous substances and operated in remote locations under the influence of natural and anthropogenic disturbances or wind load. A geometric modeling and tank simulation were done to evaluate the impact of its design elements on the change in the wind load distribution. The functional dependence of the maximum pressure on the walls of tank depending on the speed of air flow was established. Geometric models of wind load protection means for tanks were developed. The efficiency of the developed means of protection for tanks with ground and underground foundations was researched. General functional diagram of the automated system of functional diagnostics was designed. Visualization subsystem and its information model were developed. Visualization subsystem consists of two main modules – vibration signal processing module and simulation. Algorithms and software for visualization of the results of vibration measurements, inclination angles and, stress and plastic deformation prediction were developed for visualization subsystem. Adequacy of simulation models was proved. Диссертация посвящена совершенствованию систем функциональной диагностики с помощью введения в них элементов имитационного моделирования для прогнозирования изменения технического состояния конструкций, а также разработке средств защиты объектов для хранения экологически опасных веществ, которые эксплуатируются в труднодоступных местах под влиянием природных и техногенных возмущений, от ветровой нагрузки. Для оценки влияния элементов конструкции на результаты имитационного моделирования разработано геометрические модели резервуара. Всего построено шесть сборочных единиц, которые отличаются формой крыши, наличием фундамента и воздушных дыхательных клапанов. В соответствии с действующими нормативными документами рассчитаны эксплуатационное и граничное значения ветровой нагрузки на резервуар, которые определяют зоны безопасной и аварийной эксплуатации. Для разработанных геометрических моделей было проведено имитационное моделирование ветровой нагрузки. Рассчитано абсолютные и относительные погрешности определения давления воздушного потока на стенку резервуара путем имитационного моделирования по сравнению с его аналитическим расчетом. Показано, что есть необходимость при имитационном моделировании учитывать вектор гравитации, который значительно уточняет результат аналитического расчета. Установлено функциональную зависимость максимального давления на стенки резервуара в зависимости от скорости воздушного потока. Разработано средство пассивной защиты от ветровой нагрузки для уменьшения величины давления воздушного потока на стенку резервуара с наветренной стороны. Построено геометрические модели обтекателей различных форм в их поперечном сечении: круг, квадрат, звезда. Для исследования эффективности обтекателей в два этапа проведено имитационное моделирование: с грубой (менее 1 миллиона элементов) и более плотной (более 2 миллионов элементов) конечно-элементной сеткой. Установлено упрощенные функциональные зависимости для определения геометрических параметров обтекателя со звездообразным сечением в зависимости от требуемой величины максимального давления на стенки резервуара. Для резервуаров с наземным и подземным фундаментами определена эффективность снижения величины максимального давления на стенки резервуаров при использовании звездообразного обтекателя, которая составляет соответственно 60 % и 50 %. Показано, что эффективность обтекателя можно улучшить путем увеличения его диаметра. Разработано и запатентовано общую функциональную схему многоканальной, автоматизированной системы функциональной диагностики, которая содержит две основные подсистемы – обработки информации и визуализации данных. Для раскрытия особенностей функционирования, описания существенных параметров подсистемы визуализации, а также связей между ними разработано ее информационную модель. Для усовершенствования разработанной системы функциональной диагностики подсистема визуализации содержит модуль имитационного моделирования, в который интегрировано диагностическую модель резервуара для комплексного отображения результатов напряженно-деформированного состояния и углов наклона конструкции. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для визуализации комплексных измерений напряжений и пространственного положения, которое обеспечивает обработку (преобразование) записанных в файл исходных данных для корректного их отображения на имитационной модели резервуара. Количество датчиков информации (тензорезисторов) влияет на количество элементов трехмерной модели для отображения данных. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для визуализации вибрационных данных, которое обеспечивает обработку (преобразование) записанных в файл исходных данных и построение графиков по результатам спектрального и частотно-временного анализа с учетом особенностей записи данных в файл, параметров АЦП (разрядность, входной диапазон), количества измерительных каналов. Для оценки адекватности (при помощи анализа модальных характеристик) использованной имитационной модели проведено физическое моделирование с использованием метода свободных колебаний. Сигналы вибрации получены при помощи макета канала измерения вибрации. Для первых двадцати мод проведено конечно-элементное моделирование в программном комплексе инженерного расчета ANSYS. Сравнение результатов физического и конечно-элементного моделирования показало, что адекватность имитационной модели составляет более 90 %, что является приемлемым результатом для интегрирования имитационных моделей в системы функциональной диагностики. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для экстраполяции тренда, который определяется по средним значениям сигналов деформации с помощью метода наименьших квадратов. Определено, что точность прогноза можно повысить за счет увеличения количества выходных данных, а достоверность аппроксимации – за счет наличия определенной функциональной зависимости между изменением среднего уровня деформаций.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: