Моделирование процессов формирования структуры и свойств строительных материалов для управления их качеством (06.07.2009)

Автор: Гарькина Ирина Александровна

– матрица центрированных признаков.

и собственных векторов матрицы ковариаций (всегда имеет k действительных неотрицательных собственных значений, включая кратные).

4. Сортировка собственных векторов в порядке убывания собственных значений. Единичные собственные векторы, определяющие главные направления, составляют строки матрицы k-го порядка L. Линейный однородный оператор с матрицей L осуществляет преобразование исходных центрированных данных в некоррелированные и с убывающими дисперсиями.

Метод главных компонент применим для произвольных данных (в методе наименьших квадратов используется предположение о нормальном распределении эмпирической информации).

Понижение размерности (разделение исходных данных на содержательную часть и шумы) в рамках метода главных компонент достигается отбрасыванием направлений, соответствующих малым собственным значениям. По-видимому, общих правил выбора числа значимых главных компонент не существует (определяется величинами собственных значений матрицы ковариаций, задачами исследования (визуализация на плоскости или в пространстве), интуицией исследователя, и т.п.).

- след матрицы ковариаций.

, кг/м3 от кодированных объемных долей заполнителя и наполнителя.

перечисленных показателей, имеет вид:

i и собственные векторы vi матрицы ковариаций:

имеет вид:

линейно:

; вектор первого главного направления образует малый угол с осью третьей исходной переменной. Доминирующим является третий показатель (средняя плотность).

Оценивалась эффективность использования диаграмм и принципа Парето для управления качеством материалов повышенной плотности для защиты от радиации на основе отходов стекольной промышленности. Оказалось, что начальные 20% формирования кинетических процессов формирования требуемых структуры и свойств определяют последующие 80% времени выхода контролируемого параметра на эксплуатационное значение.

, что подтверждает возможность использования принципа Парето и при оценке формирования физико-механических характеристик материалов (структура и свойства материала на 80% определяются начальными 20% длительности выхода контролируемого параметра на эксплуатационное значение).

1. На основе математического моделирования кинетических процессов формирования физико-механических характеристик с использованием методов системного анализа и теории управления разработан новый подход и предложены методологические принципы создания композиционных материалов со специальными свойствами.

2. На основе разработанных когнитивных моделей для управления качеством материалов специального назначения построены иерархические структуры критериев качества и собственно радиационно-защитного композита.

3. Проведена классификация моделей для описания каждого из кинетических процессов формирования структуры, физико-механических и эксплуатационных характеристик: тепловыделения, внутренних напряжений, контракции и усадки, прочности, модуля упругости, химической и радиационной стойкости и др.

4. Для рассматриваемых материалов специального назначения предложена обобщенная динамическая модель в классе обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами.

5. Разработаны алгоритмы параметрической идентификации кинетических процессов в выбранном классе моделей с необходимым программно-алгоритмическим обеспечением.

6. Предложены функционалы качества материала с точки зрения формирования его физико-механических и эксплуатационных характеристик (для рассматриваемых материалов специального назначения используется обобщенная модель кинетических процессов и функционал качества одинаковой структуры).

7. Разработана процедура однокритериальной оптимизации кинетических процессов по каждой из характеристик материала.

8. С использованием метода планирования эксперимента получены аналитические зависимости для основных характеристик радиационно-защитных композитов.

9. Предложена процедура многокритериальной оптимизации структуры и свойств материала специального назначения.

10. Произведена минимизация размерности критериального пространства с использованием метода главных компонент. Показано, что доминирующим является средняя плотность.

11. Осуществлены моделирование и численный эксперимент флокулообразования и седиментации дисперсных систем с использованием специально разработанного оригинального программного обеспечения модульной архитектуры, позволяющего визуализацию конфигураций и динамику частиц. Показано, что на однородность установившейся конфигурации и седиментационную устойчивость полидисперсной системы наибольшее влияние оказывает объемная степень наполнения: при достижении некоторой предельной объемной доли дисперсной фазы разделения системы на изолированные подобласти не происходит.

12. Результаты исследований вошли в совместный проект Пензенского ГУАС, Физического института им. Лебедева РАН, Российского ядерного центра (г.Снежинск) по созданию радиационно-защитных композитов; одобрены при международной экспертизе (г. Брюссель, Бельгия).

13. За разработку «Бетон для защиты от радиации нового поколения» присуждена бронзовая медаль VII Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2007).

14. Результаты исследований удостоены «Золотых дипломов» на международных форумах по вопросам науки, техники и образования в номинациях: «Прогрессивные промышленные технологии и материалы» (г. Москва, 2002); «Экология и безопасность окружающей среды» (г. Москва, 2005).

15. Результаты исследований внедрены в войсковой части 83368 и учебный процесс.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ:

в журналах, вошедших в перечень ВАК по рекомендации экспертного совета по управлению, вычислительной технике и информатике:

1. Данилов, А.М. Промышленные приложения системных методологий, идентификации систем и теории управления [Текст] / А.М.Данилов, И.А.Гарькина // Обозрение прикладной и промышленной математики. – 2007. – Т. 14, вып. 4.– С.702-703.

2. Данилов, А.М. Влияние временного запаздывания при имитационном моделировании динамических систем [Текст] / А.М.Данилов, И.А.Гарькина, Э.В.Лапшин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2007. – №1. – С.74-90.

3. Гарькина, И.А. Модель деструкции композиционных материалов [Текст] / И.А.Гарькина, А.М.Данилов, Е.В.Королев // Обозрение прикладной и промышленной математики. – 2008. – Т. 15, вып. 3. – С.459-460.

4. Гарькина, И.А. Управление структурой и свойствами композитов для защиты от радиации [Текст] / И.А.Гарькина, А.М.Данилов, В.А.Смирнов // Системы управления и информационные технологии. – 2008. – №2.3(32). – С. 340-344.

5. Гарькина, И.А. Флокуляция в дисперсных системах [Текст] / И.А.Гарькина, А.М.Данилов, В.А.Смирнов // Системы управления и информационные технологии. – 2008. – № 2.3(32). – С.344-347.

6. Гарькина, И.А. Когнитивное моделирование и управление качеством специальных композитов [Текст] / И.А. Гарькина, А.М.Данилов // Обозрение прикладной и промышленной математики. – 2008. – Т. 15, вып. 4. – С.660-661.

7. Гарькина, И.А. Композиционные материалы с позиций теории систем [Текст] / И.А. Гарькина, А.М.Данилов // Обозрение прикладной и промышленной математики. – 2008. – Т.15, вып. 4. – С. 661-662.

8. Гарькина, И.А. Системный подход к разработке и управлению качеством материалов [Текст] / И.А.Гарькина // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2008. – № 2. – С. 136-143.

9. Гарькина, И.А. Управление качеством материалов со специальными свойствами [Текст] / И.А.Гарькина, А.М.Данилов // Проблемы управления. – 2008. – № 6. – С. 67-74.


загрузка...