Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса автоматиза ции исследования, проектирования, контроля и коррекции режима отверждения изделий из композитов 24
1.1. Полимерные композиционные материалы как объект исследования. Применение, структура, получение 24
1.2. Обзор технологий и особенности технологического процесса производства изделий из ПКМ 29
1.3. Методы повышения интенсивности производства и качества крупногабаритных, толстостенных изделий из ПКМ
1.3.1. Анализ эмпирических и простых расчетных методов выбора режимов отверждения 33
1.3.2. Обзор математических методов выбора и оптимизации режимов отверждения изделий из ПКМ 35
1.4. Моделирование и исследование процесса отверждения ПКМ 37
1.4.1. Математическое описание теплового процесса отверждения термореактивных композитов 37
1.4.2. Методы и установки для исследования теплофизических, кинетических и реологических характеристик композитов при отверждении 38
1.4.3. Анализ методов решения обратных задач теплопроводности по определению ТФХ и мощности тепловыделений 41
1.4.4. Анализ методов исследования кинетики отверждения ПКМ
1.5. Анализ методов контроля процесса отверждения ПКМ 48
1.6. Обзор и анализ автоматизированных систем исследования, проектирования, контроля, управления и коррекции режимов отверждения ПКМ 52
1.7. Постановка задачи исследования з
ГЛАВА 2. Математическое моделирование процесса от верждения изделий из полимерных компози ционных материалов на основе термореак тивных связующих 60
2.1. Математическое моделирование процесса отверждения применительно к исследуемому классу технологий, материалов и изделий 60
2.2. Математическая модель процесса отверждения ПКМ методом горячего прессования 75
2.3. Математическая модель отверждения ПКМ в технологическом пакете в процессе вакуумного автоклавного формования 83
2.4. Математическая модель процесса отверждения ПКМ методом намотки на оправку 91
2.5. Выбор экономичного метода решения системы уравнений математической модели тепломассопереноса и кинетики отверждения изделий из ПКМ 95
2.6. Основные выводы и результаты 99
ГЛАВА 3. Идентификация параметров математической модели процесса отверждения композитов 100
3.1 Постановка задачи идентификации параметров модели 100
3.1.1. Оптимальные условия исследования и математическая модель организации эксперимента для определения ТФХ, мощности тепловыделений, кинетических и реологических характеристик при отверждении ПКМ 100
3.1.2. Моделирование зависимости ТФХ от степени отверждения и содержания связующего в композите 105
3.1.3 Пути решения задачи идентификации параметров математической модели 117
3.2. Метод определения теплофизических характеристик термореактивных композитов 119
3.2.1. Интегро-функциональное уравнение относительно коэффициентов теплопереноса 120
3.2.2. Математическая модель организации эксперимента и интегро-функциональные уравнения определения объемной теплоемкости и теплопроводности 123
3.2.3. Интегро-функциональные уравнения относительно объемной теплоемкости 125
3.2.4. Методы решения интегро-функциональных уравнений относительно объемной теплоемкости 126
3.2.5. Метод определения коэффициента теплопроводности в зависимости от температуры
3.3. Метод определения мощности тепловыделений при отверждении термореактивных композитов 131
3.4. Определение кинетических характеристик процесса отверждения 144
3.5. Определение параметров массопереноса при течении связующего и уплотнении изделия 148
3.6. Построение алгоритмов расчета параметров математической модели
3.6.1. Математический аппарат обработки экспериментальных данных при численной реализации алгоритмов 152
3.6.2. Разработка алгоритмов расчета ТФХ, мощности тепловыделений, кинетических и реологических характеристик 160
3.7. Основные результаты 169
ГЛАВА 4. Анализ источников и оценка погрешностей при определении параметров математической модели процесса отверждения 170
4.1. Анализ источников погрешностей при определении ТФХ, мощности тепловыделений, кинетических и реологических характеристик при отверждении ПКМ 170
4.2. Тестирование и оценка погрешностей алгоритмов определения ТФХ и мощности тепловыделений при отверждении ПКМ
4.2.1. Методика тестирования решения обратных задач теплопроводности 175
4.2.2. Исследование устойчивости и оценка погрешностей алгоритмов определения ТФХ 177 4.2.3. Исследование устойчивости и оценка погрешностей алгоритмов определения мощности тепловыделений при отверждении 187
4.3 Оценка погрешностей определения кинетических и реологических характеристик процесса отверждения ПКМ 195
4.3.1. Методика оценки погрешностей определения кинетических и реологических характеристик ПКМ 195
4.3.2. Оценка погрешностей определения кинетических характеристик процесса отверждения ПКМ 197
4.3.3. Оценка погрешностей определения реологических характеристик процесса отверждения ПКМ 201
4.4. Основные выводы и результаты 206
ГЛАВА 5. Построение и функционирование подсистемы автоматизированного исследования параметров математической модели процесса отверждения композитов 207
5.1. Структура построения подсистемы АСНИ процесса отверждения 207
5.2. Техническое и алгоритмическое обеспечение подсистемы АСНИ 214
5.2.1. Измерительное устройство АСНИ 214
5.2.1.1. Выбор оптимальной геометрии исследуемых образцов 214
5.2.1.2. Конструкция измерительного устройства АСНИ 217
5.2.2. Состав и функционирование комплекса технических средств подсистемы АСНИ процесса отверждения ПКМ 225
5.3. Алгоритмическое, техническое и метрологическое обеспечение каналов измерения подсистемы АСНИ 234
5.3.1. Преобразование и предварительная обработка измерительной информации 235
5.3.2. Выявление и устранение систематических погрешностей подсистемы АСНИ 243
5.4. Математическое, алгоритмическое, программно-информационное и организационное обеспечение АСНИ 246
5.4.1. Состав программного комплекса АСНИ 246
5.4.2. Информационное и организационное обеспечение АСНИ процесса отверждения ПКМ 251
5.5. Применение подсистемы автоматизированного исследования процесса отверждения ПКМ 254
5.5.1. Методика подготовки исследуемых образцов 254
5.5.2. Методика экспериментального исследования в АСНИ 257
5.5.3. Структура обработки экспериментальных данных в подсистеме АСНИ 260
5.5.4. Оценка погрешности измерений подсистемы АСНИ 265
5.5.5. Экспериментальное исследование характеристик ПКМ и параметров процесса отверждения 277
5.6. Основные выводы и результаты 290
ГЛАВА 6. Построение подсистемы контроля процесса отверждения композитов применительно к промышленным условиям 292
6.1. Постановка задачи автоматического контроля процесса отверждения ПКМ 292
6.2. Определение диэлектрических характеристик при отверждении изделий из ПКМ
6.2.1. Емкостной планарный первичный измерительный преобразователь 295
6.2.2. Метод определения диэлектрических характеристик 299
6.2.3. Теоретическая оценка погрешности определения диэлектрических характеристик 305
6.3. Построение функций взаимосвязи между кинетикой отвержде
ния и диэлектрическими характеристиками ПКМ 309
6.3.1. Метод построения функций взаимосвязи 309
6.3.2. Экспериментальное определение функций взаимосвязи на основе исследования кинетики отверждения и диэлектрических характеристик отверждающихся ПКМ
6.4. Оценка погрешностей определения диэлектрических характеристик и функций взаимосвязи с помощью АСНИ 332
6.5. Основные выводы и результаты 335
ГЛАВА 7. Построение и применение подсистемы проектирования оптимальных режимов отверждения композитов 337
7.1. Общая постановка задачи выбора и оптимизации режимов от
верждения 337
7.1.1. Обоснование критериев оптимальности поиска режимов отверждения 338
7.1.2. Обоснование ограничений, налагаемых на процесс отверждения 340
7.1.3. Постановка задачи оптимизации режимов отверждения
7.2. Метод выбора оптимального режима отверждения ПКМ 346
7.3. Применение подсистемы автоматизированного проектирования оптимальных технологических режимов отверждения ПКМ
7.3.1. Автоматизированный выбор технологических режимов отверждения изделий из ПКМ различной толщины 350
7.3.2. Анализ рассчитанных режимов отверждения плоских изделий из ПКМ 352
7.4. Основные выводы и результаты 363
ГЛАВА 8. Построение и практические результаты использования интегрированной автоматизированной системы исследования, проектирования, котроля и коррекции режима отверждения композитов при нестабильности свойств исходных материалов 364
8.1. Постановка задачи автоматической коррекции режима отверждения ПКМ при нестабильности свойств исходных материалов 364
8.2. Метод и алгоритм коррекции режимов отверждения изделий из ПКМ 366
8.3. Интегрированная автоматизированная система для исследования, проектирования, контроля и коррекции технологического режима отверждения композитов 372
8.3.1. Структура построения интегрированной АСУ ТП отверждения ПКМ и назначение подсистем 372
8.3.2. Состав и структура построения технического обеспечения интегрированной автоматизированной системы 374
8.3.3. Архитектура построения программно-информационного обеспечения интегрированной автоматизированной системы 378
8.3.4. Алгоритм функционирования интегрированной АСУ ТП
8.4. Применение интегрированной АСУ для автоматизированной коррекции технологических режимов отверждения изделий из ПКМ при изменении свойств исходного сырья и анализ скорректированных режимов отверждения 386
8.5. Основные результаты и выводы 389
Заключение 390
Литература
