Применение программы ANSYS для выявления изменений гидродинамических показателей при установке "фильтра" в трубопровод Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

пуске ее на реальном оборудовании может возникнуть аварийная ситуация и оборудование может быть повреждено. На реальном оборудовании должен производиться запуск заведомо корректных программ.

Используя программный продукт CIROS Mechatronics, промоделируем загрузку программы в контроллер и дальнейшую ее отладку. Пример аварийной ситуации показан на рисунке 2. При загрузке программы управления станцией распределения в виртуальный контроллер и при последующем запуске возникла ситуация, в которой столкнулись две детали. Данная ситуация вызвана некорректным написанием алгоритма управления станции распределения. Толкатель выталкивающего цилиндра дважды выдвинул деталь в зону загрузки перекладчика. Для исключения данной ситуации необходимо выполнить поиск ошибки в программе управления и выполнить корректировку текста программы.

КЯЦЯГИ.ВНШЛ lull.I.'I 'J и.."JFi —.'DI

^ íj .. & & & Q 41 * UP iP У-а

1 - перекладчик; 2 - зона загрузки; 3,4 - детали; 5 - модуль накопителя

Рисунок 2 - Аварийная ситуация (столкновение красной и синей деталей)

Если же в процессе моделирования не возникло аварийных ситуаций, то программа считается корректной и готова для отладки уже на реальном оборудовании.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование программного продукта CIROS Mechatronics существенно сокращает время разработки программ управления для автоматизированных систем управления технологическими процессами. Становится возможным практически исключить ошибки в программировании средств управления, уменьшить вероятность выхода из строя исполнительных устройств автоматизированного оборудования.

Основным результатом, полученным при выполнении данной работы, является адаптация рассмотренного программного продукта целям и задачам учебного процесса. Это позволит повысить уровень подготовки специалистов в сфере промышленной автоматизации.

Список литературы

1 URL: http://www.festo-didactic.com/

УДК 681.587 К.М. Боботков

Курганский государственный университет

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММЫ ANSYS ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ УСТАНОВКЕ «ФИЛЬТРА» В ТРУБОПРОВОД

Аннотация. В данной статье рассматривается вопрос моделирования поведения среды в трубопроводах с помощью программы инженерного анализа ANSYS.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, трехмерная модель.

K.M. Bobotkov Kurgan State University

APPLICATION OF ANSYS SOFTWARE FOR DETECTING CHANGES OF HYDRODYNAMIC PARAMETERS AFTER INSTALLING THE «FILTER» IN THE PIPELINE

Abstract. The article addresses the issue of modeling the behavior of the medium in pipelines using ANSYS engineering analysis program.

Keywords: ^mputer modeling, three-dimensional model.

На этапе становления машиностроительной отрасли огромное значение имеет компьютерное моделирование и диагностика. В настоящее время в арсенале инженера-исследователя появилось большое количество программных пакетов, позволяющих решить ряд практических задач, таких как 3D-моделирование, расчеты гидродинамики, тепло- и массообмена, расчеты прочности изделия и т.д. Программой, реализующей в себе большинство разделов физики, является программа инженерного анализа ANSYS.

Для выявления некоторых возможностей программы ANSYS мы провели экспериментальную работу на трехмерной модели участка трубопровода. Суть опыта: мы ставили на участок трубопровод «фильтр», работа которого заключается в снижении напряжения на стенки трубопровода. Так же при установке «фильтра» снижается общая скорость потока по трубопроводу, что положительно влияет на стенки трубы, предохраняя ее от микротрещин, которые впоследствии могут привести к прорыву участка трубы (рисунок 1).

ANSYS - универсальная программная система конечно-элементного анализа, направленная на реше-

ния линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей. Моделирование и анализ в некоторых областях промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа «проектирование - изготовление - испытания». Данная программа позволяет произвести расчеты любой сложности в условиях, схожими с условиями реальной эксплуатации. Программа ANSIS сочетается с большинством конструкторских программных пакетов, снимая необходимость перехода из одной программы в другую.

«юга

ОЯМЦ I IttGkdl I J Я li HI ^ I

Рисунок 3 - Анимация потока среды

В результате установки «фильтра» в трубопровод изменилась скорость потока среды. На месте установки «фильтра» мы наблюдаем более высокую скорость потока среды, чем за границами фильтра. Таким образом, мы констатировали уменьшение давления на стенки трубопровода, что видно из рисунка 4.

р 1 110«'ГО?

У , -

^ ?7ВДЯ4вП 1 "_-"

® аооза+апй " - - " '

Рисунок 1 - Задание граничных условий, вход и выход

«Фильтр» представляет собой цилиндр с множеством отверстий малого диаметра. Для установки «фильтра» в трубопровод предполагается увеличение диаметра трубы на месте его установки.

С помощью программы ANSYS мы получили анимацию потока среды в трубе при прохождении через «фильтр», представленную на рисунках 2, 3.

Рисунок 4 - Векторное распределение потока среды

Также с помощью программного пакета ANSYS мы рассчитали распределение скорости потока среды. Из рисунков 5, 6 мы видим, что скорость потока среды при прохождении через «фильтр» увеличивается, что в свою очередь приводит к нормализации скорости потока в трубе.

Рисунок 2 - Анимация потока среды

Рисунок 5 - Распределение скорости потока среды

64

ВЕСТНИК КГУ, 2015. №1

Рисунок 6 - Распределение скорости по стенкам трубопровода

Таким образом, с помощью программного пакета ANSYS мы смоделировали условия протекания среды в трубопроводе и изменение его гидродинамических показателей при установке «фильтра». В ходе экспериментальной работы мы выявили изменение гидродинамических показателей на 15%, что доказывает преимущество установки «фильтра» в трубопровод.

УДК 62-503.56

И.А. Иванова, Е.В. Руденко, М.С. Шмакова, Е.А. Шестов

Курганский государственный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ В НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ

Аннотация. Данная статья посвящена вопросу исследования нелинейных систем в режиме автоколебаний.

Ключевые слова: нелинейные системы, метод гармонической линеаризации.

ЬА. Ivanova, E.V. Rudenko, M.S. Shmakova,

E.A. Shestov

Kurgan State University

STUDYING SELF-OSCILLATIONS IN NONLINEAR SYSTEMS

Abstract. The article studies nonlinear systems in the mode of self-oscillations.

Keywords: nonlinear systems, harmonic linearization method.

Динамические процессы в нелинейных системах автоматического управления описываются дифференциальным уравнением

L(p)x + N (p)F (x,px) =0, (1)

где F (x, px) - нелинейная функция.

Нелинейная динамическая система разбивается условно на линейную часть и нелинейный элемент. Линейная часть обладает свойством фильтра, т.е. при возникновении периодических колебаний все высшие гармоники подавляются линейной частью системы. Тогда на выходе системы, а значит и на входе нелинейного элемента переменная х будет иметь форму колебаний, близкую к синусоидальной:

х =A sin rnt_ (2)

Таким свойством фильтра обладает большинство реальных контуров управления. Поэтому исследование автоколебаний в нелинейных системах можно проводить методом гармонической линеаризации. Для часто встречающихся типовых нелинейностей коэффициенты гармонической линеаризации заранее вычислены и представлены в виде готовых аналитических формул.

Рассмотрим пример исследования колебаний в системе с двумя нелинейностями.

Пусть в системе, функциональная блок-схема которой изображена на рисунке 1, регулируемый объект описывается уравнением

jD Л-

нелинейный оператор 1 ( рисунок 2 а) уравнением

= ^ (У);

линейный измеритель 2

(Т2р -i- = k2px;

линейный усилитель - преобразователь с нелинейным исполнительным устройством (рисунок 2 б)

(Гэр + 1)*5= -F,(x3),

где x3 =Х + x2.

Далее определим приближенно автоколебания в виде

х = A sincot ; jc3 = j43 (sin (tit +

так как линейный усилитель-преобразователь и объект играют роль фильтров между нелинейными звеньями.

Регулируемый объект

Измеритель 1

Измеритель 2

Усилитель -преобразователь

Исполнительное устройство

Рисунок 1 - Блок-схема системы автоматического управления

Гармоническая линеаризация нелинейностей дает

,

где

а., = k-,---=

Tí

arcsin — 4- — ! 1 —

А А л, kAj

(3)

х