Дисертації з теми "Динамічний стан"

У цій роботі було розроблено ефективні стратегії управління ресурсами для розподіленої обробки потоків щодо різноманітних цілей. Зокрема, було визначено чотири проблеми при розробці стратегій розміщення операторів та управління ресурсами для DSP. Для вирішення проблем пропонується п’ять дослідницьких питань, тоді як кожне питання фокусується на одній із проблем із запропонованими рішеннями. Питання дослідження були визначені для вирішення чотирьох проблем у потоковій обробці: 1) різноманітний попит на ресурси та швидкість передачі даних окремими операторами DSP, 2) різні чутливості до затримок у програмах DSP, 3) динамічний стан мережі та схема передачі даних, і 4) значна вартість операторів з державним статусом.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 152 – Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка (15 – автоматизація та приладобудування). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, Харків, 2019. Об’єктом дослідження є процес проведення аналізу в первинних і вторинних системних перетвореннях інформації, що породжує проблемну ситуацію з удосконалення апаратурних, алгоритмічних та програмних засобів контролю та діагностування складних промислових об’єктів. Предметом дослідження є пристрій контролю та діагностування стану динамічних промислових об’єктів. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення ефективності пристроїв контролю та діагностування стану складних промислових об’єктів з невизначеними динамічними властивостями. Вирішення здійснене за допомогою як класичних, так і принципово нових сучасних методів теорії ймовірності, випадкових процесів, багатомірного статистичного аналізу, інформаційної теорії вимірювань і контролю. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів. В першому розділі здійснений аналітичний огляд та оцінка питань в області контролю і діагностування стану промислових об’єктів. Обраний об’єкт діагностування, розглянута його структура, технічні характеристики, область використання. Виконаний аналіз методичних, алгоритмічних та апаратурних засобів вимірювання температури і механічної вібрації. Виконаний огляд існуючих засобів контролю та діагностування стану складних промислових об’єктів, проаналізовані їх техніко-економічні характеристики, обрана оптимальна структура контрольно-діагностичної системи. Висвітлені аспекти з апаратурного, алгоритмічного і програмного забезпечення при створенні пристрою контролю та діагностування стану складних промислових об’єктів. Обрані напрями досліджень, поставлені основні задачі дисертаційної роботи. У другому розділі досліджені імовірнісні моделі параметризації спектральних змін стаціонарних вимірювальних сигналів. Здійснена формалізація імовірнісних властивостей нестаціонарних випадкових сигналів, досліджені кореляційні моделі спектральної нестаціонарності цих сигналів, проведений дисперсійний аналіз частотної та часової моделей автокогерентності, оцінена чутливість кореляційно-спектральної моделі показника автокогерентності багатовимірного термодинамічного процесу, оцінені дискримінуючі властивості показників автокогерентності при класифікації вібраційних процесів, досліджені діагностичні властивості складових показника автокогерентності, проведений вибір показників контролю нестаціонарності динамічних процесів. Результати досліджень дозволили отримати ряд наукових результатів: - отримала розвиток теорія автокогерентності спектрально нестаціонарних вимірювальних сигналів. Визначені умови вибору числа масштабів та зсувів при оцінці коефіцієнтів автокогерентності для задачі контролю порушень стаціонарності вимірювального сигналу; - отримані умови калібрування показника автокогерентності, що відповідають відсутності порушення стаціонарності, розроблена імовірнісна модель показника автокогерентності, що враховує мінімальне значення (масштабу) спектрального вейвлет-перетворення; - показана можливість дисперсійного розкладання базового показника автокогерентності на парні незалежні складові, які дозволяють отримати незалежну інформацію про порушення стаціонарності з урахуванням функціональних та випадкових змін спектру; - на прикладі теплових динамічних процесів показана ефективність розробленого показника автокогерентності для задач контролю динамічних властивостей інерційних багатомірних промислових об’єктів. Також показана можливість автоматичної корекції похибки вимірювання температури, якщо контролювати весь тепловий процес, а не його окремі значення; - на прикладі вібросигналів показана можливість якісної класифікації технічних станів, а також кількісної класифікації окремих частотно-часових складових показника автокогерентності; доведено, що найкращими діагностичними властивостями характеризуються випадкові (шумові) складові показника автокогерентності. В третьому розділі представлені дослідження з діагностичних властивостей показників автокогерентності при обмеженнях на обсяги вимірювальної інформації. Сформульована загальна задача функціонального діагностування динамічних промислових об’єктів, вибрана модель параметричної дискримінації, досліджено вплив обсягу навчальної вибірки на середній ризик діагностування, створені математичні та комп’ютерні моделі оптимізації простору інформативних ознак за критерієм максимуму вірогідності та проведено їх дослідження. Дослідження даного розділу дозволили одержати наступні результати: - експериментальні дослідження показників автокогерентності вібраційних сигналів показують, що для контролю та діагностування технічного стану вібраційних об’єктів можливо використовувати лінійну вирішувальну функцію, для якої можливо використати таблиці дисперсії показників автокогерентності та нормовану коваріаційну матрицю, які дозволяють сформувати, шляхом перемноження, сумарну коваріаційну матрицю; - одержані рівняння для середнього ризику та вірогідності діагностування, які дозволяють моделювати вплив обсягу навчальної вибірки та кількості інформативних ознак на показники ефективності контролю технічного стану; - доведено існування мінімальних екстремальних значень середнього ризику для теплових та вібраційних об’єктів, що дозволило використати, в якості цільової функції оптимізації простору інформативних ознак, середній ризик; - досліджено комплексний вплив трьох параметрів (геометричної відстані між діагностованими станами, кількості інформативних параметрів, обсягу навчальної вибірки) на величину вірогідності контролю та діагностування технічного стану як теплових так і вібраційних об’єктів; таке дослідження довело спроможність формувати оптимальну, за максимумом вірогідності контролю, систему інформативних ознак. Четвертий розділ присвячений розробці алгоритмічного та програмного забезпечення пристрою контролю та діагностування стану промислових об’єктів. Розглянуті методи первинного і вторинного статистичного перетворень, які базуються на регресійному, спектральному, дисперсійному і коваріаційному аналізах пристрою контролю та діагностування, дозволили сформувати структуру і принцип функціонування алгоритмічного забезпечення при обмеженні обсягів вимірювальної інформації за діагностованими функціональними станами. В розділі обране програмне середовище для реалізації розроблених алгоритмів, розроблені фрагменти програм пристрою контролю та діагностування стану промислових об’єктів на платформі LabView. За дослідженнями даного розділу отримані наступні результати: - розроблена структура алгоритмічного забезпечення пристроїв контролю та діагностування динамічних об’єктів, яка складається з первинного і вторинного статистичного перетворення і містить реалізацію процесів дискретизації вимірювальних сигналів, дискретизованого аналогового вейвлет-перетворення, процедур диференціювання та інтегрування; - реалізована процедура адаптивного вейвлет-перетворення із гнучким вибором гаусівського материнського вейвлета, що дозволяє мінімізувати похибки контролю та діагностування. - сформовані комп’ютерні компоненти алгоритмічних і програмних процедур первинного і вторинного статистичного перетворення при синтезі комп’ютеризованих діагностичних систем, проведенні імітаційного моделювання, аналізу впливів дестабілізуючих факторів при здійснені контролю параметрів вузлів динамічних об’єктів та діагностуванні їх стану; - розроблене програмне забезпечення пристрою контролю та діагностування стану промислових об’єктів на платформі LabView з використанням об’єктно орієнтованої мови програмування, що дозволяє в пакетному режимі та в режимі реального часу здійснювати необхідні контрольні процедури. В п’ятому розділі представлені інженерні додатки для контролю і діагностування складних промислових агрегатів. Наведені дослідження при розробці та патентуванні первинних перетворювачів, виборі і патентуванні структури вимірювальних каналів первинних перетворювачів, розробці і створенні електронних блоків первинного і вторинного перетворення інформації. Запропонована методика калібрування вібровипробувальних стендів для метрологічного забезпечення первинних перетворювачів вібрації, розглянута перевірка кваліфікації калібрувальних лабораторій в Україні та вплив метрологічного забезпечення на створення систем контролю та діагностування складних промислових об’єктів. За виконанням даного розділу отримані наступні результати: - розроблені та запатентовані первинні перетворювачі температури для моніторингу інфранизькочастотних процесів в досліджуваному промисловому об’єкті при оцінці теплових режимів, а також первинні перетворювачі механічної вібрації для моніторингу високочастотних процесів при оцінці стану підшипників кочення редукторів-розгалужувачів; - на базі мікроконтролера Arduino створений пристрій контролю та діагностування стану зон нагрівання екструдера для виготовлення термопластів та стану підшипників кочення в редукторах-розгалужувачах; - виконані метрологічні дослідження апаратури для вимірювання інфранизькочастотних і високочастотних вимірювальних сигналів, запроваджені до використання вібровипробувальні установки, сформовані методики калібрування цих установок. - представлені перспективи розвитку теорії і практики контролю та діагностування процесів, що характеризуються різними частотними показниками, в спеціалізованих метрологічних лабораторіях.
The thesis is submitted to obtain a scientific degree of Doctor of Philosophy, specialty 152 – Metrology and information-measuring technique (15 – Automation and instrument-making). – National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, 2019. The object of research is the process of conducting analysis in primary and secondary system transformations of information, which creates a problem situation with the improvement of hardware, algorithmic and software devices for control and diagnostics of complex industrial objects. The subject of research is a device for control and diagnostics of the state industrial dynamic objects. The scientific and practical task of increasing the efficiency of devices for control and diagnostics of the state of complex industrial objects with uncertain dynamic properties is solved in the dissertation. The solution is found using both classical and fundamentally new modern methods of probability theory, random processes, multivariate statistical analysis, information theory of measurement and control. The introduction substantiates the relevance of research tasks showing connection between the work and scientific programs, plans, themes, the scientific novelty is stated and practical value of the obtained results is formulated. The first chapter deals with analytical review and evaluation of questions in the field of control and diagnostics of the state of industrial objects. The object of diagnostics is selected; its structure, technical characteristics and area of use are considered. The analysis of methodical, algorithmic and equipment-specific devices for measuring temperature and mechanical vibration is carried out. A review of the existing devices for control and diagnostics of the state of complex industrial objects is made, their technical and economic characteristics are analyzed, and the optimal structure of the control and diagnostic system is selected. Some aspects of hardware, software and algorithmic programming when creating devices for control and diagnostics of the state of complex industrial objects are emphasized. The areas of research are selected; the main tasks of the dissertation are stated. The second chapter studies probabilistic models of parametrization of spectral changes of stationary measurement signals. The formalization of the probabilistic properties of non-stationary random signals is made, the correlation models of the spectral non-stationary of these signals are investigated, the dispersion analysis of frequency and time models of auto-coherence is carried out, the sensitivity of the correlation spectral model for the auto-coherence indicator of the multidimensional thermodynamic process is estimated, the discriminating properties of the indicators of auto-coherence are assessed regarding the classification of vibrational processes, diagnostic properties of components of the auto-coherence index are investigated, the choice of indicators for non-stationary control of dynamic processes is conducted. The research results have allowed obtaining a number of scientific results: - the theory of auto-coherence for spectrally non-stationary measurement signals has been developed. The conditions of the choice of the number of scales and displacements are determined regarding the estimation of the auto-coherence coefficients for monitoring the stationary disturbances of the measuring signal; - the conditions of calibration of auto-coherence index, which correspond to the absence of stationary violation, are obtained. A probabilistic model of the autocoherence index taking into account the minimum value (scale) of the spectral wavelet transform is developed; - the possibility of dispersion expansion of the basic auto-coherence index in paired independent components is shown, allowing to receive independent information on stationary violation, taking into account functional and random changes of the spectrum; - the example of thermal dynamic processes shows the efficiency of the developed autocorrelation index for controlling the dynamic properties of inertial multidimensional industrial objects. Also the possibility of automatic correction of the measurement error of temperature, if you control the whole heat process, and not its individual values, is shown; - the example of vibration signals shows the possibility of a qualitative classification of technical states, as well as quantitative classification of individual frequency-time components of the auto-coherence index is shown. It is proved that the best diagnostic properties are characterized by random (noise) components of the auto-coherence index. The third chapter presents studies on the diagnostic properties of autocoherence indices with restrictions on the measurement information volume. The general task of functional diagnostics of dynamic industrial objects is formulated, the model of parametric discrimination is chosen, the influence of the study sample size on the average risk of diagnosing is investigated, and mathematical and computer models of optimization of the space of informative signs by the criterion of maximum likelihood were created and their research was conducted. The researches in this chapter have allowed obtaining the following results: - experimental studies of the auto-coherence indices of vibration signals show that it is possible to use a linear solving function for controlling and diagnosing the technical state of vibrational objects, for which it is possible to use dispersion tables of auto-coherence indices and a normalized covariance matrix, which allow to generate, by multiplication, a total covariance matrix; - equations for the average risk and diagnostics probability are obtained allowing to model the influence of the training sample volume and informative features number on the performance indicators of the technical condition; - the existence of minimal extreme values of average risk for thermal and vibrational objects has been proved, allowing to use average risk as a target function for optimizing informative features space; - the complex influence of three parameters (geometric distance between diagnosed states, number of informative parameters, training sample volume) on the probability of control and diagnostics of the technical state of both thermal and vibration objects is studied. Such research has proven the ability to form an optimal, maximum control probability, system of informational features. The fourth chapter is devoted to the development of algorithmic and software device for monitoring and diagnosing the state of industrial objects. The methods of primary and secondary statistical transformations based on regression, spectral, dispersion and covariance analyses of the control and diagnostic device, have allowed to form the structure and the principle of algorithmic support functioning while limiting the volumes of measuring information by the diagnosed functional states. In this chapter the software aimed at implementation of the developed algorithms is chosen, programs fragments of devices for control and diagnostics of the state of industrial objects on the platform LabView are developed. According to researches of this chapter the following results are obtained: - the algorithmic structure of control devices and diagnostics of dynamic objects is developed, which consists of primary and secondary statistical transformation and contains the implementation of sampling processes of measurement signals, discrete analog wavelet transformation, differentiation and integration procedures; - an adaptive wavelet transform process with a flexible choice of the Gaussian parent wavelet is implemented, which minimizes the errors of control and diagnostics. - computer components of algorithmic and software procedures of primary and secondary statistical transformation in the synthesis of computerized diagnostic systems are formed, simulation modeling is conducted, the effects of destabilizing factors when controlling parameters of dynamic objects nodes are analyzed and their states are diagnosed; - the device software for controlling and diagnosing the state of industrial objects on the LabView platform with the use of object-oriented programming language, which allows to carry out the necessary control procedures in batch mode and in real-time, is developed.The fifth chapter presents engineering applications for the control and diagnostics of complex industrial objects. The research is provided for the development and patenting of primary transformers, selecting and patenting the structure of measuring channels of primary transformers, the development and creation of electronic blocks of primary and secondary transformation of information. The method of calibration of vibration test stands for metrological provision of primary vibration transducers is proposed, the verification of qualification of calibration laboratories in Ukraine and the influence of metrological support on the creation of systems of control and diagnosis of complex industrial objects are considered. According to researches of this chapter the following results are obtained: - primary temperature transducers for monitoring infra-low frequency processes in the investigated industrial object when evaluating thermal regimes, as well as primary transducers of mechanical vibration for monitoring high-frequency processes when evaluating rolling bearings condition of gear reducers are developed and patented; - on the basis of the Arduino microcontroller, a device for monitoring and diagnosing the condition of the extruder heating zones for manufacturing thermoplastics and the rolling bearings condition of gear reducers is created; - metrological researches of devices for measurement of infra-low frequency and high-frequency measuring signals are conducted, the vibration testing devices are implemented, and calibration methods of these devices are developed. - prospects for development of the theory and practice of control and diagnostics of processes characterized by different frequency indices in the specialized metrological laboratories are presented.

Мета дисертаційної роботи полягає у визначенні напружено-деформованого стану відповідальних конструкцій будівель і споруд при впливі вібродинамічних навантажень метрополітену, які можуть призвести до часткового або повного руйнування несучих конструкцій будівлі. На основі проведених експериментально-теоретичних досліджень, вирішена наукова задача, що полягає у розробці методики оцінки вібродинамічного впливу від дії метрополітену, яка використана для ретроспективного нелінійного аналізу будівлі, на яку поширюється цей вплив. Автором запропоновано: − при новому будівництві цивільних будівель у зоні впливу метрополітену, рекомендується використовувати методику розрахунку на вібродинамічні навантаження із урахуванням фактору часу, а також проводити заходи щодо захисту конструкцій або будівель у вигляді демпфуючих пристроїв, або використовувати демпфуючі властивості ґрунту; − при проведенні реконструкції будівель, рекомендується встановлювати захисні екрани у ґрунті для запобігання негативного впливу від метрополітену на несучі конструкції будівель та споруд.
Цель диссертационной работы заключается в определении напряженно-деформированного состояния ответственных конструкций зданий и сооружений при воздействии вибродинамических нагрузок от метрополитена, которые могут привести к частичному или полному разрушению несущих конструкций здания. Автором предложено: − при новом строительстве гражданских зданий в зоне влияния метрополитена рекомендуется использовать методику расчета на вибродинамические нагрузки с учетом фактора времени, а также проводить мероприятия по защите конструкций или зданий в виде демпфирующих устройств, или использовать демпфирующие свойства почвы; − при проведении реконструкции зданий, рекомендуется устанавливать защитные экраны в почве для предотвращения негативного влияния метрополитена на несущие конструкции зданий и сооружений.
The purpose of the thesis is to determine the stress-strain state of responsible constructions of buildings under the vibrodynamic influences from the subway, that can lead to partial or complete destruction of load-bearing structures. On the basis of the experimental and theoretical researches, the scientific problem was solved. It consists in the development of methodology for estimation vibrodynamic influence from the subway, that is used for the retrospective nonlinear analysis of the building to which this influence applies. The practical value of the work consists in: take into account the factors that can influence the formation of stress-strain state of load-bearing structures under vibrodynamic impacts; provide recommendations for modeling the process of subway impact on load-bearing structures for future consideration in the design. Forecast of stress-strain state in process of designing and reconstructing of buildings allows us to estimate the possible adaptability of buildings and structures to vibrodynamic effects, in addition to traditional methods for determination of the constructive safety by the boundary states. The results of the work were used to provide recommendations in the buildings design in zone of negative impact from subway vibration on bearing structures and for the development of basic methods for protection of structures. The author suggested: − for new construction of civil buildings in zone of influence from the subway it is recommended: to use the methodology for calculating vibrodynamic loads with taking into account the time factor; to protect load-bearing structures of buildings with damping devices, or to use the damping properties of the soil; − for buildings under reconstruction, it is recommended to install protective shields in the soil to prevent the negative impact from the subway on the load-bearing structures of buildings.

Об’єкт дослідження – процес навантаження і деформування багатошарових композитних торових оболонок. Мета роботи – полягає в розробці методики розрахунку термопружного напруженого стану композитних торових оболонок високого тиску. Методи дослідження – для розв’язання термопружної незв'язаної задачі застосовуються метод сплайн-колокацій, метод Фур’є, метод рядів Тейлора, метод ортогональної прогонки. На основі даних методів cтворений алгоритм і мовою програмування VISUALFORTRAN складена програма розрахунку напружено-деформованого стану багатошарових торових оболонок від дії статичного та температурного навантаження. Для розв’язання деяких із розглянутих задач також використовувався метод скінченних елементів, який реалізовано в програмному комплексі ANSYS.

На даний момент машинобудування зробило величезний стрибок в сфері обробки матеріалів з використанням прогресивного ріжучого інструменту з нових інструментальних матеріалів покращеної геометрії і підвищеної стійкості застосуванням різних способів комбінованої обробки з внесенням додаткових потоків енергії і нових кінематичних схем. Однак не можна сказати, що проблеми виготовлення деталей машинобудівного призначення повністю вирішені. Динамічний розвиток економіки і конкурентна боротьба в умовах ринку вимагають постійного вдосконалення технологій виробництва з урахуванням високих характеристик, що пред'являються до якості продукції і швидкості виготовлення.

Процеси сепарації фаз є супутніми при протіканні більшості з основних процесів хімічних, нафтопереробних та металургійних виробництв для забезпечення якості первинної підготовки сировини, якості вихідного продукту та екологічної безпеки. У зв’язку з цим важливою науково-технічною задачею є підвищення ефективності та інтенсивності процесів сепарації гетерогенних багатокомпонентних сумішей. Розробка нових та вдосконалення існуючих способів сепарації є обов'язковою, оскільки більшість існуючих способів розділення, таких як відстоювання, фільтрування та центрифугування не дозволяють отримати очищений продукт який би відповідав сучасним вимогам, нормам та стандартам якості. На основі огляду літературних джерел був проведений аналіз існуючих способів розділення газорідинних сумішей та конструкцій, що їх реалізують. Було зроблено висновок, що на сьогоднішній день з точки зору питомих енерговитрат та ефективності сепарації найбільш оптимальними являються сепараційні пристрої основною діючою силою в яких є сила інерції. Широко розповсюдженими пристроями є жалюзійні сепараційні пристрої. Проаналізовано особливості протікання процесу розділення газокраплинних потоків в них, їх конструктивні особливості та методики розрахунку. Вказані їх основні переваги та недоліки а також шляхи щодо їх уникнення. На підставі проведеного аналізу запропонований новий спосіб розділення газорідинних сумішей з використанням динамічних сепараційних пристроїв, що дозволяють регулювати гідравлічний опір. У зв’язку з тим, що під час роботи даних сепараційних пристроїв потік викликає деформацію пружних відбійних елементів, які в свою чергу викликають зміну параметрів потоку необхідно вирішувати задачу гідроаеропружності. У зв’язку з цим було проаналізовано методи математичного моделювання процесу гідроаеропружної взаємодії потоку газу та/або рідини з пружними тілами. Після чого було зроблено висновок про доцільність проведення математичної ідентифікації параметрів математичних моделей гідроаеропружних явищ, що супроводжують процеси розділення гетерогенних систем методом вібраційно-інерційної сепарації. У зв’язку з тим, що метод вібраційно-інерційної сепарації гетерогенних сумішей на даний час майже не досліджений та широко розповсюджених конструкцій пристроїв або обладнання не існує, були розроблені та захищені патентами України на корисну модель нові конструкції динамічних сепараційних пристроїв. Описано їх принцип роботи та суть фізичних процесів, що в них протікають. Одним з таких процесів являється гідроаероропружна взаємодія газорідинного потоку та пружних елементів динамічних сепараційних пристроїв. Виходячи з особливостей роботи динамічних сепараційних пристроїв розроблена загальна методика проведення дисертаційних досліджень. Методика складається з послідовних етапів, що в свою чергу містять фізичні та числові експерименти задачами яких є визначення гідродинамічних показників та гідроаеропружних параметрів, таких як критичні швидкості, що призводять до втрати статичної та динамічної стійкості пружних елементів, визначення частот та амплітуд коливань а також дослідження впливу механічних коливань на газорідинний потік. Для проведення фізичних досліджень розроблена експериментальна установка, що враховує теорії подібності та дозволяє відтворити умови наближені до реальних режимів роботи сепараційного обладнання та динамічних сепараційних пристроїв, а саме потік газорідинної суміші швидкість якого може становити від 0,1 до 13,1 м/с (Re 882 - 115,6•103), і провести випробування дослідно-експериментальних зразків пружних елементів даних пристроїв, з метою визначення особливостей їх роботи. Для вирішення задач гідроаеропружності числовими методами застосовувався програмний комплекс ANSYS, що дозволяє вирішувати зв’язані задачі механіки рідини та деформівного тіла, в якому за допомогою модулю System Coupling можливо поєднати модулі Fluent та Transient Structural, що застосовуються для дослідження гідродинаміки руху рідини та напружено-деформованого стану конструкцій відповідно. Під час проведння теоретичних досліджень процесу роботи динамічних сепараційних пристроїв були розророблені математичні моделі взаємодії газорідинного потоку та пружних елементів динамічних сепараційних пристроїв. Для дослідження деформацій елементів викликаних потоком було використано метод скінченних елементів та основні його залежності. З статичного розрахунку попередньо здеформованого стану були отримані залежності для визначення максимальних деформацій пружних елементів динамічних сепараційних пристроїв. На основі розрахунку попередньо здеформованого стану пластин було проведено стаціонарний розрахунок гідроаеропружної взаємодії газорідинного потоку та пружних відбійних елементів за допомогою методу скінченних елементів, а саме матричних рівнянь. В даних рівняннях матриця жорсткості динамічного відбійного елемента визначається за допомогою чисельних та фізичних експериментів, та вектор узагальнених вузлових сил, до якого входить стаціонарна складова узагальнених зовнішніх сил, що теж визначається за допомогою чисельних та фізичних експериментів. Визначена критична швидкість дивергенції та за допомогою методу комплексних амплітуд була визначена критична швидкість флатеру. Також розроблена математична модель гідроаеропружної взаємодії потоку з пружними елементами синусоїдальної форми, в результаті розв’язання якої визначені такі характеристики як форма кривизни каналу в амплітудних значеннях та видовження каналу під дією гідродинамічного тиску. Враховуючи, що під час протікання процесу сепарації газорідинного потоку відбувається процес стікання плівки вловленої рідини, що суттєво впливає на його ефективність, за допомогою введення спрощень та допущень в систему рівнянь Нав’є-Стокса, що були замкнені рівняннями нерозривності були отримані залежності осередненої товщини тривимірної плівки рідини від розмірів осаджувальної поверхні, та осереднені значення швидкості. Також визначений кут відхилення вектору швидкості від вертикального напрямку. В результаті проведених числових та фізичних експериментів були визначені основні характеристики та робочі режими динамічних сепараційних пристроїв. Так в ході фізичних моделювань гідроаеропружної взаємодії потоку з пружними елементами були визначені власні частоти і амплітуди коливань при різних швидкостях потоку (2,6 – 11,6 м/с, Re: 22,9•103 - 102,4•103) та різних товщинах елементів (0,4•10-3 – 0,6•10-3 м). Визначені робочі режими пружних елементів, які виникають при різній швидкості потоку та відрізняються частотою та амплітудою коливань. Числові експерименти дозволили визначити максимальні деформації та сили прикладені до поверхні пружних елементів зі сторони потоку, при цьому за результатами моделювань виведені залежності, які дозволяють розраховувати розмах коливань від швидкості потоку, оцінку адекватності яких проведено за допомогою критерію Фішера. Дані, що були отримані в ході числового експерименту, дозволили провести ідентифікацію невідомих параметрів розробленої математичної моделі взаємодії потоку з пружними елементами синусоїдальної форми. В результаті аналізу отриманих результатів теоретичних та експериментальних досліджень розроблена інженерна методика розрахунку динамічних сепараційних пристроїв, яка включає послідовні етапи технологічних та конструктивних розрахунків і дозволяє визначити основні гідродинамічні показники та гідроаеропружні характеристики процесу взаємодії газокраплинного потоку та пружних відбійних елементів. На онові конструктивних особливостей даних пристроїв надані рекомендації щодо раціонального компонування у багатофазних розділювачах а також розроблена їх конструктросько–технологічна класифікація, внаслідок чого значно спрощується процес проектування, виготовлення та експлуатації. В процесі виготовлення експериментальної установки та пружних відбійних елементів і проведення фізичних досліджень процесу гідроаеропружної взаємодії були розроблені практичні рекомендації щодо компонування, кодування та складання, які дозволять відтворити параметри роботи динамічних сепараційних пристроїв та забезпечити ефективне протікання робочого процесу.
In this regard, an important scientific and technical task is an intensification of the separation processes of heterogeneous multicomponent mixtures. The development of new, as well as improvement of existing separation methods is mandatory, since the most of the existing separation methods, such as settling, filtration and centrifugation, prevent obtaining a purified product that would comply to modern requirements, norms, and quality standards. An analysis of the gas-liquid separation methods and corresponding equipment design that was based on a literature review was conducted. It was concluded that today, from the perspective of specific energy consumption and separation efficiency, the most optimal separation devices are the devices with inertial separation force as the main operating force. Louver separation devices are such as widely used. The features of the gas-liquid separation process, the separation devices' design features, and the calculation methods were analyzed. Their main advantages and disadvantages, as well as ways to avoid them, are indicated. The new gas-liquid separation method by using dynamic separation devices is proposed based on conducted analysis. These devices allow the adjustment of the hydraulic resistance. Since the operation of these dynamic separation devices, the flow causes deformation of the elastic baffle elements, which in turn causes flow parameters to change, it is necessary to solve the hydroaeroelasticity problem. In this regard, the mathematical modeling methods of the process of hydroaeroelasticy interaction of a gas or gas-liquid flow with elastic elements were analyzed. Eventually, it was concluded that it is expedient to carry out a parameters identification of the mathematical models of hydroaeroelastic phenomena accompanying the heterogeneous systems separation processes by the vibration inertial separation method. The vibration-inertial separation method of the heterogeneous mixtures is currently almost not explored and widespread devices designs or equipment designs do not exist. In this regard, new designs of dynamic separation devices were developed and protected by Ukraine patents on a useful model. Operation principle and the physical processes essence, which take place in those devices are described. One of these processes is the hydroaeroelasticy interaction between gas-liquid flow and elastic elements of dynamic separation devices. Based on the operation peculiarities of dynamic separation devices, a general methodology for conducting dissertation research has been developed. The technique consists of successive stages, in turn, they contain physical and numerical experiments. That methodology allows determining hydrodynamic parameters and hydroaeroelastic characteristics, such as critical speeds leading to the static and dynamic stability loss of elastic elements, the vibrations frequencies, and amplitudes, as well as studying the effect of the mechanical vibrations on the gas-liquid flow. The experimental installation for physical research that considers the theory of similarity was developed. That installation makes it possible to recreate conditions close to the real operating modes of separation equipment and dynamic separation devices, namely, the gas-liquid mixture flow with speed range from 2 to 12 m/s (Re: 17,6•103 - 105,9•103), as well as to conduct experimental samples of the tests of the elastic elements of those devices, to determine their features operation. To solve the hydroaeroelasticity problems by numerical methods, the ANSYS software package was used, which makes it possible to solve related problems of fluid mechanics and a deformable body. In this software, using the System Coupling module, it is possible to combine the Fluent Flow and Transient Structural modules used to study the fluid flow hydrodynamic and the stress-strain state of structures, respectively. During theoretical studies of the operation process of dynamic separation devices, mathematical models of the gas-liquid flow and the interaction of the elastic elements of these devices were developed. The finite element method and its main dependencies were used to define the deformations of elastic elements caused by the flow. From the previously-deformed state static calculation, dependencies were obtained to determine the elastic elements' maximum deformations of the dynamic separation devices. Based on the previously-deformed state calculation of the plates, a stationary calculation of the hydroaeroelasticy interaction between gas-liquid flow and elastic baffle elements was carried out using the finite element method, namely, matrix equations. In these equations, the stiffness matrix of the elastic baffle element is determined using numerical and physical experiments. The vector of generalized nodal forces, which includes the stationary component of generalized external forces, is also determined using numerical and physical experiments. The critical divergence speed was determined, and the critical flutter speed was determined using the complex amplitudes method. The mathematical model of the hydroaeroelastic interaction between flow with sinusoidal elastic elements has been developed. The results of solving this model allow determining such characteristics as the channel curvature shape in amplitude values and the channel elongation under the hydrodynamic pressure action. During the process of gas-liquid stream separation, the liquid film draining process is occurring, which significantly affects the separation efficiency. By introducing simplifications and assumptions into the Navier-Stokes equations system, which are closed by the continuity equations, the dependences of the three-dimensional liquid film averaged thickness on the size of the settling surface and the velocity averaged values were obtained. The deviation angle of the velocity vector from the vertical direction is also determined. As a result of the performed numerical and physical experiments, the main characteristics and operating modes of dynamic separation devices were determined. Thus, during the physical modeling of the flow with elastic elements hydroaeroelastic interaction, natural frequencies and vibration amplitudes were determined at different flow velocities (2,6 – 11,6 m/s, Re: 22,9•103 - 102,4•103) and various element thicknesses (0,4•10-3 – 0,6•10-3 m). The operating modes of elastic elements, which arise at different flow rates and differ in oscillations frequency and amplitude have been determined. Numerical experiments made it possible to determine the maximum deformations and forces applied to the surface of the elastic element from the flow side. Based on the simulation results, the derived dependencies that allow calculating the range of fluctuations on the flow rate, the adequacy of which was assessed using the Fisher criterion. The data obtained in the course of the numerical experiment made it possible to identify the unknown parameters of the developed mathematical model of the interaction of the flow with a sinusoidal elastic element. As a result of the obtained results analysis of the theoretical and experimental studies, an engineering methodology for calculating dynamic separation devices was developed. The methodology includes sequential stages of technological and constructive calculations and makes it possible to determine the main hydrodynamic parameters and hydroaeroelastic characteristics of the gas-liquid flow and elastic baffle elements interaction process. Based on the devices' design features, given are recommendations for their rational layout in multiphase separators. Their design-technological classification has been developed, which allows simplifying the process of design, manufacture, and operation of dynamic separation devices. In the manufacturing process of the experimental installation and elastic elements, as well as conducting physical studies of the hydroaeroelastic interaction process, practical recommendations for layout, coding, and assembly were developed. These recommendations will allow reproduction of the operating parameters of dynamic separation devices and ensure the efficient passing of the working process.

Проведений аналіз вібраційного стану елементів системи "верстатний пристрій - заготовка" свідчить, що при обробці важеля із заданими у технологічному процесі режимами різання явище резонансу не виникає. При цьому амплітуда коливань, що виникають при механічній обробці важеля у верстатному пристрої, складеному з елементів системи універсально-збірного переналагоджуваного пристрою не перевищує допуски на обробку на відповідних переходах.
Методами чисельного моделювання для трьох різних систем досліджені коливання, що виникають у системі "верстатний пристрій - заготовка" у процесі різання на різних переходах обробки важеля. Визначені амплітудно-частотні характеристики верстатного пристрою.
Методами численного моделирования для трёх разных систем исследованы колебания, возникающие в системе "станочноё приспособление - заготовка" в процессе резания на разных переходах обработки рычага. Определены амплитудно-частотные характеристики станочного устройства.
Vibrations of the three different systems "fixture-workpiece" in the processing of the lever were studied by methods of numerical simulation. Amplitude-frequency characteristics of the fixture were determined.

Вивчено вплив гірудотерапії на стато-динамічну функцію поперекового відділу хребта та стан гуморального імунітету у 127 хворих працездатного віку з остеохондрозом хребта, які проходили курс лікування в клініці «Вертебролог» з вересня 2006р. по лютий 2007р. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/5122

Оценка вектора состояния нестационарных систем в фазовом пространстве возникает при решении задачи управления техническими процессами. Такие системы описываются нестационарными линейными дифференциальными уравнениями и относятся к классу управляемых объектов. Предлагается алгоритм оценки фазового состояния основанный на достоверности параметров для решения дифференциальных уравнений. При этом между измеряемыми выходами динамической системы должно выполняться условие квазистационарности.

У моделі ефективних мас і прямокутних потенціальних бар’єрів розвинена квантова теорія квазістаціонарних станів електронів і активної динамічної провідності відкритих багатошарових резонансно-тунельних структур. У теорії врахована міжелектронна взаємодія, а також взаємодія електронів з постійними електричним, магнітним і електромагнітним полями. На прикладі експериментально реалізованих ККЛ і ККД показано, що лише модель повного каскаду, як відкритих РТС, дозволяє надійно оптимізовувати роботу цих наноприладів геометричним дизайном їх активних зон і описати фізичні процеси, що в них відбуваються. Розвинена квантова теорія електронного транспорту крізь РТС у постійних поздовжньому електричному і поперечному магнітному полях з урахуванням взаємодії електронів з електромагнітним полем на основі модифікованого методу Бете. Показано, що згідно з експериментом, при збільшенні напруженості магнітного поля, енергія лазерного випромінювання зміщується в область більших енергій, а його відносна інтегральна інтенсивність різко зменшується через те, що магнітне поле значно збільшує ефективний потенціал вихідних ям і бар'єрів, чим викликає руйнування енергетичної структури узгоджених між собою сусідніх каскадів квантового каскадного лазера.
Диссертация посвящена исследованию туннельного транспорта электронов сквозь многослойные резонансно-туннельные структуры. В модели эффективных масс и прямоугольных потенциальных барьеров развита теория коэффициента прозрачности, спектральных параметров квазистационарных состояний и активной динамической проводимости электронов двухбарьерной резонансно-туннельной структурой с учетом электрон-электронного взаимодействия. Показано, что междуэлектронное взаимодействие деформирует форму коэффициента прозрачности от лоренцовой к клиновидной, слабо изменяет величину динамической проводимости и независимо от ее знака смещает положение максимума в область больших энергий электромагнитного поля. Показано, что наличие детальной информации о зависимости величины σ от E и Ω, позволяет оценить важные спектральные параметры величин обобщенных резонансных энергий и ширин электронных квазистационарных состояний. В модели разных эффективных масс в разных слоях гетеросистемы и прямоугольных потенциальных барьеров на основе решения стационарного уравнения Шредингера развита квантово-механическая теория квазистационарных состояний электронов, а в малосигнальном одномодовом приближении – на основе решения полного уравнений Шредингера активной динамической проводимости открытых многослойных резонансно- туннельных структур, как отдельных каскадов квантовых каскадных детекторов и лазеров. На примере экспериментально реализованных квантовых каскадных лазеров и детекторов показано, что только модель полного каскада, как открытой многослойной резонансно-туннельной структуры, позволяет надежно оптимизировать работу этих наноприборов геометрическим дизайном их активных зон и описать физические процессы, происходящие в них. Развита квантовая теория электронного транспорта сквозь открытую многослойную резонансно-туннельную структуру, как модель полного каскада квантового каскадного лазера в постоянных продольном электрическом и поперечном магнитном полях с учетом взаимодействия электронов с электромагнитным полем на основе решения уравнений Шредингера модифицированным методом Бете. Показано, что, в соответствии с экспериментом, при увеличении напряженности магнитного поля лазерного излучения сдвигается в область больших энергий, а его относительная интегральная интенсивность резко уменьшается из-за того, что магнитное поле значительно увеличивает эффективный потенциал выходных ям и барьеров, и вызывает разрушение энергетической структуры согласованных между собой постоянным электрическим полем соседних каскадов квантового каскадного лазера.
The quantum theory of electrons quasi-stationary states and active dynamic conductivity of open multi-layer resonance tunnel structures is developed within the model of effective masses and rectangular potential barriers. The electron- electron interaction and interaction between the electron and constant electric and magnetic field as well as an electromagnetic one are taken into account in the theory. Using the example of experimentally produced QCL and QCD it is shown that only the model of complete cascade, as open RTS, allows the reliable optimization of the operation of these devices by the geometrical design of their active bands and describes the happening physical properties. The quantum theory of electronic transport through the RTS driven by the constant longitudinal electric and transversal magnetic field is developed taking into account the interaction of electrons with the electromagnetic field using the Bethe modified method. It is shown that in accordance with the experiment, when the intensity of the magnetic field increases, the energy of laser radiation shifts into the region of higher energies and its relative integral intensity sharply decreases due to the magnetic field essentially increases the effective potential of output wells and barriers causing the destruction of energetic structure of coordinated neighbour cascades of QCL.
Зміст ...2 Список скорочень ...5 Вступ...6 Розділ 1. Квазістаціонарні стани і квантові переходи у наногетеросистемах...13 1.1. Гамільтоніани типу Гросса-Пітаєвського. Електрон - електронна взаємодія. Нелінійні рівняння Шредінгера...16 1.2. Тунелювання електронів крізь відкриті РТС У δ - бар'єрній моделі ...29 1.3. Вплив магнітного поля на КСС та тунелювання електронів крізь відкриті наноструктури ...35 Розділ 2. Вплив міжелектронної взаємодії на квазістаціонарні стани та динамічну провідність електронів у двобар'єрній резонансно-тунельній структурі...41 2.1. Гамільтоніан системи. Рівняння Шредінгера-Гросса - Пітаєвського ...42 2.2. Пертурбаційний метод розв'язування нелінійного рівняння Гросса-Пітаєвського. Коефіцієнт прозорості ДБРТС ...45 2.3. Теорія активної динамічної провідності ДБРТС ...51 2.4. Аналіз спектральних парметрів та активної динамічної провідності електронів двобар ' єрною резонансно - тунельною структурою з урахуванням електрон - електронної взаємодії ...58 висновки до розділу 2 ...69 Розділ 3. Динамічна провідність резонансно-тунельних структур з непарною (парною) кількістю квантових ям у активній зоні квантових каскадних лазерів (детекторів)...70 3.1. С таціонарний електронний спектр та сили осциляторів квантових переходів у багатошарових закритих резонансно - тунельних структурах як грубих моделях квантових каскадних детекторів ...71 3.2. Теорія квазістаціонарного електронного спектру та активної динамічної провідності багатошарових відкритих резонансно - тунельних структур як відкритих моделей квантових каскадних детекторів ...75 3.3. Стаціонарний електронний спектр та сили осциляторів квантових переходів у багатошарових закритих резонансно - тунельних структурах у поздовжньому постійному електричному полі як грубих моделях квантових каскадних лазерів ...81 3.4. Теорія квазістаціонарного електронного спектру та активної динамічної провідності багатошарових відкритих резонансно - тунельних структрур у поздовжньому постійному електричному полі як відкритих моделей квантових каскадних лазерів ...85 3.5. Енергетичний спектр оптичих фононів в багатошаровій резонансно - тунельній структурі ...92 3.6. Властивості електронної провідності багатошарової резонансно - тунельної структури як основного елемента квантового каскаданого детектора ...98 3.7. Властивості активної електронної провідності багатошарової резонансно - тунельної структури у поздовжньому постійному електричному полі як основного елемента квантового каскадного лазера ...106 Висновки до розділу 3 ...113 Розділ 4. Теорія квазістаціонарних станів та електронної провідності багатошарових резонансно-тунельних структур у поперечному магнітному полі...114 4.1. Гамільтоніан системи електронів у відкритих резонансно - тунельних структурах з постійними поздовжнім електричним та поперечним магнітним полями. Квазістаціонарні стани системи ...115 4.2. Квазістаціонарні стани та активна динамічна провідність електронів у моделі відкритої активної зони ККЛ. Метод апроксимації ефективного потенціалу ...122 4.3. Активна динамічна провідність та відносна інтегральна інтенсивність випромінювання у відкритій моделі окремого каскаду ККЛ у поперечному магнітному полі...130 4.4. Властивості електронних квазістаціонарних станів та активної динамічної провідності квантового каскадного лазера у поперечному магнітному полі ...133 Висновки до розділу 4 ...142 Основні результати та висновки ...143 Список використаних джерел ...145 Список праць за темою дисертації...159

Робота присвячена актуальній проблемі розвитку методів контролю динамічної поведінки металообробних технологічних систем та розробки методу визначення їх ресурсу. У роботі вперше поставлене і вирішене науково-технічне завдання визначення ресурсу обробної системи безпосередньо в процесі її роботи в умовах, коли «Норми…» , яки регламентують ступінь критичності динамічної поведінки для даних систем, відсутні. Це завдання вирішене за рахунок того, що розроблена у роботі прогнозна модель вигідно відрізняється від прийнятих тим, що ресурс, який шукається, включено до її математичної структури і визначається в процесі ідентифікації моделі за результатами моніторингу тренда звуку, супроводжуючого роботу обробних систем. Це дозволило визначати індивідуальний ресурс обробної системи, який відповідає даним технологічним умовам її експлуатації. Для здійснення оперативного контролю динамічної поведінки обробної системи був розроблений алгоритм контролю та його програмна реалізація, яка за допомогою мікропроцесорного пристрою дозволила автоматизувати процес контролю динамічної поведінки обробної системи та визначення її ресурсу. Методи досліджень: теорії коливань, ідентифікації та математичної статистики. Розроблення алгоритму контролю здійснювалося на основі методів інформаційних технологій. Аналіз експериментальних даних проводився на основі теорії цифрової обробки сигналів, для вирішення завдань визначення ресурсу використані методи випадкового пошуку.
Работа посвящена актуальной проблеме контроля в режиме реального времени динамического поведения обрабатывающих систем и развитию методов определения их ресурса. В работе впервые поставлена и решена научно-техническая задача расчётно-экспериментального исследования динамического поведения обрабатывающих систем в зависимости от изменения технического состояния их элементов(станка, режущего инструмента и детали). Это позволило получить новое решение научно-технической задачи контроля динамического поведения обрабатывающих систем и определения их ресурса в условиях, когда «Нормы…», регламентирующие степень критичности их динамического поведения отсутствуют. В качестве информационного сигнала, косвенно характеризующего качество функционирования обрабатывающих систем, выбран звук, сопровождающий процесс их работы. Как показали исследования, тренд звукового сигнала подобен кривой износа режущего инструмента, а его временная реализация и частотный спект, совпадают с профилем шероховатости и ее частотным спектром, что позволяет звуку наиболее полно отражать динамическое поведение обрабатывающих систем. Разработана прогнозная модель, особенность которой заключается в том, что искомый ресурс обрабатывающей системы включен в ее математическую структуру и определяется при идентификации модели по результатам мониторинга тренда звука, сопровождающего процесс работы обрабатывающей системы. Получены расчетные зависимости для показателей состояния, позволяющих в понятиях теории нечетких множеств отнести с точки зрения динамики разнообразные технологические условия работы обрабатывающих систем к ряду стандартних, что послужило основой для разработки алгоритма контроля динамического состояния обрабатывающей системы. Процесс контроля был автоматизирован за счет использования микропроцессорного устройства, содержащего программный модуль, формализующий указанный алгоритм контроля. Автоматизация процесса контроля позволила реализовать в практике реального производства результаты диссертационной работы, что обеспечило в режиме реального времени контроль качества обработки детали и технического состояния режущего инструмента и станочного оборудования. Методы исследований: методы теории колебаний, идентификации и математической статистики. Разработка алгоритма контроля динамического поведения обрабатывающих систем и определения на этой основе их ресурса осуществлялось на основе методов информационных технологий. Анализ экспериментальных данных проводился на основе теории цифровой обработки сигналов. Для решения задач определения ресурса использованы методы случайного поиска.
The work is devoted to the actual problem of control dynamic behavior of metalprocessing systems and method of determining their life. For the first time solved the scientific and technical problem of forecasting resource of the metal-processing systems in the course of their work turning without the use of statistical data on the working time of the metal-processing systems to replace it. This problem is solved with the help of a predictive model, in the mathematical structure, which enabled the desired metalprocessing systems life. A resource is defined in the identification process model, based on the results of monitoring the trend of information parameter, accompanying the working process. In order to implement operational control of the mashinig developed forecasting system was automated with the help of specially developed for this purpose microprocessor-based controlo - prognostic system, that allows simultaneous with forecasting control the quality of machining and diagnosis the technical state of the tool and machine. Methods: cutting theory, oscillation theory, identification and mathematical statistics. System design, was based on the methods of information technology. Experimental data, were analyzed, based on the theory of digital signal processing. To solve the problems prediction used methods of random search.