Технические науки. Рубрика в журнале - Вестник Красноярского государственного аграрного университета
Мембранный потенциал зерен пшеницы под действием электрического тока как показатель всхожести
Статья научная
Посевное качество зерен пшеницы представляет собой важную составляющую его потребительской стоимости, конкурентоспособности на рынке и сель-скохозяйственной производительности. Всхожесть семян пшеницы представляет собой один из основных показателей качества. На сегодняшний день для оценки всхожести семян пшеницы используется лабораторный метод, основанный на ГОСТ 12038-84. Продолжитель-ность составляет от 10 до 14 дней, что является большим недостатком данного метода. Однако суще-ствуют альтернативные методы оценки всхожести семенного материала. Они основываются на исследо- ваниях изменения мембранного потенциала - это ме-тод измерения параметров потенциала действия и метод исследования потенциала покоя. Основное пре-имущество данных методов заключается в сокращении времени определения всхожести. Каждый из представ-ленных методов представляет собой механическое воз-действие электродом-иглой на зерна пшеницы. И по-скольку изменение мембранного потенциала вызывает также электрический ток, мембранный потенциал зе-рен пшеницы, возникающий при одновременном воздей-ствии электродом-иглой и электрическим током, мо-жет выступать в качестве показателя их всхожести. Исследование мембранного потенциала представляет собой предварительную подготовку семенного матери-ала, измерение и первичную обработку результатов, на основании которых далее строится график зависимо-сти для анализа. В результате экспериментальных исследований было выявлено, что на дополнительное воздействие электрическим током реагируют зерна пшеницы как высокой всхожести (96 %), так и низкой всхожести (86 %). Амплитуда изменения мембранного потенциала для зерен пшеницы с низкой всхожестью составила 0,006 В, а для зерен с высокой всхожестью - 0,020 В.
Бесплатно
Метод многосеточных конечных элементов
Статья научная
Для решения ряда важных физических крае-вых задач (решения уравнений которых эквива-лентны нахождению минимума соответствую-щие функционалов) предлагается метод много-сеточных конечных элементов (ММКЭ), кото-рый реализуется на основе соотношений и ал-горитмов метода конечных элементов (МКЭ) в форме метода Ритца с применением многосе-точных конечных элементов (МнКЭ). При по-строении n-сеточного конечного элемента (КЭ) используем n вложенных сеток. Мелкая сетка порождена базовым разбиением тела, которое учитывает его сложную форму и физические особенности краевой задачи (например, неодно-родную структуру упругого тела). Остальные сетки применяем для понижения размер-ности МнКЭ (причем с увеличением n размер-ность МнКЭ уменьшается). Суть МнКЭ заклю-чается в следующем. На базовом разбиении n-сеточного КЭ, которое состоит из из-вестных односеточных КЭ, определяем функ-ционал краевой задачи как функцию многих переменных, которыми являются значения ис-комой функции в узлах мелкой сетки. На ос-тальных n-1 сетках строим аппроксимирующие функции, которые используем для понижения размерности функции, что позволяет про-ектировать МнКЭ малой размерности. Проек-тирование n-сеточного КЭ проводится по еди-ной матричной процедуре. Основные отличия ММКЭ от МКЭ состоят в следующем. Во-первых, в ММКЭ можно применять сколь угодно мелкие базовые разбиения тел, что позволяет сколь угодно точно учитывать их сложную форму, неоднородную и микронеоднородную структуру упругих тел (без увеличения размер-ностей многосеточных дискретных моделей). В МКЭ невозможно использовать сколь угодно мелкие разбиения тел, так как ресурсы ЭВМ ог-раничены, т.е. ММКЭ более эффективный, чем МКЭ. Во-вторых, реализация ММКЭ на основе базовых моделей тел требует меньше памяти ЭВМ и временных затрат, чем реализация МКЭ для базовых моделей, т.е. ММКЭ более эконо-мичный, чем МКЭ. В-третьих, в ММКЭ применя-ем упругие однородные и неоднородные МнКЭ, при построении которых используем системы вложенных сеток, что расширяет область при-менения ММКЭ. В МКЭ применяют однородные односеточные КЭ. Поэтому можно считать, что ММКЭ есть обобщение МКЭ, т.е. МКЭ - ча-стный случай ММКЭ. Изложены процедуры по-строения МнКЭ различной формы. Предложена верхняя оценка погрешностей приближенных решений.
Бесплатно
Метод многосеточных конечных элементов в расчетах композитных оболочек вращения и двоякой кривизны
Статья научная
Для расчета трехмерного напряженного состояния упругих композитных оболочек вращения и двоякой кри-визны при статическом нагружении предложен метод многосеточных конечных элементов (ММКЭ), который реализуется на основе алгоритмов метода конечных элементов (МКЭ) с применением трехмерных однород-ных и композитных криволинейных многосеточных ко-нечных элементов (МнКЭ). При построении МнКЭ (без увеличения их размерности) можно использовать сколь угодно мелкие (базовые) разбиения оболочек, которые позволяют в МнКЭ сколь угодно точно учитывать сложную неоднородную структуру и описывать напря-женное состояние уравнениями трехмерной задачи теории упругости. При построении n-сеточного конеч-ного элемента (КЭ) используем n вложенных сеток. Мелкая сетка порождена базовым разбиением МнКЭ, остальные n - 1 крупные сетки применяем для пониже-ния размерности МнКЭ. В ММКЭ используются одно-родные и неоднородные МнКЭ и системы вложенных сеток, что расширяет область его применения. В МКЭ применяются однородные односеточные КЭ. Так как при построении n-сеточного КЭ используется не одна, а n вложенных сеток, то ММКЭ является обобще-нием МКЭ, т. е. МКЭ - частный случай ММКЭ. Предло-жен метод образующих КЭ для проектирования трех-мерных МнКЭ сложной формы в локальных декартовых системах координат. Метод базируется на том, что область трехмерного МнКЭ получается путем пово-рота плоского односеточного (образующего) КЭ слож-ной формы вокруг некоторой оси на малый угол или параллельным перемещением образующего КЭ вдоль заданной прямой на заданное расстояние. При построе-нии МнКЭ используются полиномы Лагранжа. Такой под-ход позволяет проектировать трехмерные МнКЭ для расчета композитных оболочек вращения (двоякой кри-визны) и конструкций, один характерный размер кото-рых значительно больше других. Оболочки двоякой кри-визны представляются совокупностью оболочек вра-щения. Предлагаемые МнКЭ эффективны в расчетах круглых композитных пластин, дисков, колец и валов. Рассмотрены трехмерные МнКЭ, которые могут эф-фективно применяться при расчете крыльев, фюзеля-жей самолетов, корпусов кораблей, ракет и пролетных строений мостов. МнКЭ порождают дискретные моде-ли малой размерности и решения c малой погрешно-стью. 2n
Бесплатно
Метод многосеточных конечных элементов в расчетах композитных пластин и балок
Статья научная
Для расчета напряженного состояния упру-гих трехмерных композитных пластин и балок при статическом нагружении предложен ме-тод многосеточных конечных элементов, ко-торый реализуется на основе алгоритмов метода конечных элементов (МКЭ) с примене-нием трехмерных многосеточных конечных элементов (МнКЭ), имеющих неоднородную и микронеоднородную структуру. Отличие МнКЭ от существующих конечных элементов (КЭ) состоит в следующем. При построении -сеточного КЭ используются вложенных сеток. Мелкая сетка порождает разбиение, которое учитывает неоднородную структуру и форму МнКЭ, остальные крупные сет-ки применяются для понижения размерности МнКЭ, причем с увеличением размерность МнКЭ уменьшается. Особенность и достоин-ство МнКЭ состоят в том, что при построе-нии МнКЭ используются сколь угодно мелкие базовые разбиения композитных пластин, ба-лок, состоящих из односеточных КЭ 1-го по-рядка, т.е. по сути используется микроподход в конечноэлементной форме. Такие мелкие разбиения позволяют учитывать в МнКЭ, т.е. в базовых дискретных моделях композитных пластин, балок, сложную неоднородную, мик-ронеоднородную структуру и форму, сложный характер нагружения и закрепления и описы-вать сколь угодно точно напряженное дефор-мированное состояние уравнениями трехмер-ной теории упругости без введения дополни-тельных упрощающих гипотез. Краткая суть МнКЭ состоит в следующем. На базовом раз-биении (на мелкой сетке) сеточного конеч-ного элемента, определяем полную потенциальную энергию как функцию мно-гих переменных, которыми являются узловые перемещения мелкой сетки. На остальных крупных сетках (вложенных в мелкую сетку) строим по МКЭ функции перемещений, которые используем для понижения размерно-сти функции что позволяет проектиро-вать МнКЭ малой размерности. Изложены процедуры построения МнКЭ формы прямо-угольного параллелепипеда, пластинчатого и балочного типов. Достоинства МнКЭ состо-ят в том, что они порождают дискретные модели малой размерности и сеточные реше-ния c малой погрешностью. Приведен пример расчета многослойной пластины с примене-нием трехмерных 3- сеточных КЭ.
Бесплатно
Статья научная
Для расчета напряженного состояния упру-гих трехмерных композитных пластин и балок сложной формы при статическом нагружении предложен метод многосеточных конечных элементов, который реализуется на основе алгоритмов метода конечных элементов (МКЭ) с применением трехмерных многосе-точных конечных элементов (МнКЭ), имеющих неоднородную и микронеоднородную структу-ру. Отличие МнКЭ от существующих конеч-ных элементов (КЭ) состоит в следующем. При построении m-сеточного КЭ используют-ся m вложенных сеток. Мелкая сетка порож-дает разбиение, которое учитывает неодно-родную структуру и сложную форму МнКЭ, остальные m - 1 крупные сетки применяются для понижения размерности МнКЭ, причем, с увеличением m размерность МнКЭ уменьша-ется. Особенность и достоинство МнКЭ со-стоят в том, что при построении МнКЭ ис-пользуются сколь угодно мелкие базовые раз-биения композитных пластин, балок, состоя-щих из односеточных КЭ 1-го порядка, т. е. по сути используется микроподход в конечноэле-ментной форме. Такие мелкие разбиения поз-воляют учитывать в МнКЭ, т. е. в базовых дискретных моделях композитных пластин, балок, сложную неоднородную, микронеодно-родную структуру и форму, сложный характер нагружения и закрепления и описывать сколь угодно точно напряженное деформированное состояние уравнениями трехмерной теории упругости без введения дополнительных упрощающих гипотез. Краткая суть МнКЭ со-стоит в следующем. На базовом разбиении (на мелкой сетке) m-сеточного конечного эле-мента, m ≥ 2, определяем полную потенци-альную энергию как функцию многих пере-менных, которыми являются узловые пере-мещения мелкой сетки. На остальных m - 1 крупных сетках (вложенных в мелкую сетку) строим по МКЭ функции перемещений, кото-рые используем для понижения размерности функции, что позволяет проектировать МнКЭ малой размерности. Изложены процеду-ры построения МнКЭ пластинчатого и балоч-ного типов сложной формы. Достоинства МнКЭ состоят в том, что они порождают дискретные модели малой размерности и се-точные решения c малой погрешностью. При-веден пример расчета композитной балки с применением трехмерных двухсеточных КЭ сложной формы.
Бесплатно
Метод образующих конечных элементов
Статья научная
Расчеты по методу конечных элементов (МКЭ) трехмерного напряженного состояния композитных и однородных оболочек вращения, цилиндрических оболофективно используются многосеточные конечные элементы (МнКЭ). При построении композитного МнКЭ используется система вложенных сеток. Мелкая сетка порождена базовым разбиением МнКЭ, которое сколь угодно точно учитывает его неоднородную структуру и форму (без увеличения размерности МнКЭ). На крупных сетках по МКЭ определяются функции перемещений, которые применяются для понижения размерности базового разбиения, что позволяет проектировать МнКЭ малой размерности. Функции перемещений и напряженное состояние в МнКЭ, которое описывается уравнениями трехмерной теории упругости, представляются в локальных декартовых системах координат. В этом случае МнКЭ оболочечного типа не имеют перемещений как жесткого целого. В данной работе предложен метод образующих конечных элементов (КЭ) для построения упругих трехмерных композитных (однородных) МнКЭ двух типов...
Бесплатно
Методика обоснования производительности зерносушильного оборудования
Статья научная
Цель исследования - повышение эффективно-сти механизированных процессов в растениевод-стве согласованием параметров зерноуборочных и сушильных комплексов. Задачи исследования: 1) провести анализ функционирования механизиро-ванного процесса уборки и сушки зерновых куль-тур, обосновать пути повышения их эффективно-сти на основе согласованности эксплуатационно-технологических параметров; 2) установить вза-имосвязь производительности зерноуборочных и зерносушильных комплексов; 3) подтвердить тео-ретические исследования в производственных условиях. Исследованиями установлено, что на рациональную производительность сушильного комплекса влияет техническое оснащение зерно-уборочного процесса, надежность зерноуборочной техники, стоимость производимой продукции с гектара и другие производственные факторы. Нарушение агротехнических сроков под воздей-ствием влияния климатических условий на произ-водственный процесс уборки зерновых культур приводит к значительным потерям продукции и снижению прибыли производства...
Бесплатно
Методика определения величины отпугивающего разряда для птиц разных видов
Статья научная
Эффективность метода отпугивания си-нантропных птиц с использованием техниче-ских средств, разрабатываемых на основе электронно-ионной технологии, во многом за-висит от правильно подобранного значения отпугивающего импульса. Также необходимо учитывать, что сельскохозяйственным объе-ктам присуще многообразие различных видов синантропных птиц, что является важным признаком при создании отпугивающего устройства. Для расчета выходных парамет-ров отпугивающего устройства создано про-граммное обеспечение, предназначенное для управления установкой отпугивания птиц. На основе вводимых данных считается необхо-димое значение напряжения отпугивающего импульса, соответствующее порогу чув-ствительности того или иного вида. При этом программное обеспечение самостоя-тельно определяет вид птицы по показаниям датчиков. На основе подсчитанных данных должны строиться графики зависимости по-казаний массы от времени и зависимости по-казаний датчиков сопротивления, напряжения и тока в реальном времени. В программе предусмотрена возможность осуществления мониторинга по величине напряжения разряда, количеству срабатываний в день и месяц. Аварийный режим, который заложен в про-граммном обеспечении, позволит избежать короткого замыкания и попадания под высокое напряжение людей, а также животных. Для использования устройства защиты объектов АПК от синантропных птиц в различных ис-полнениях (материалов электродов), было со-здано программное обеспечение, позволяющее правильно подобрать значение напряжения отпугивающего импульса, соответствующее порогу чувствительности определенных ви-дов синантропных птиц.
Бесплатно
Методика расчета параметров электроотпугивателя для защиты объектов АПК от сизого голубя
Статья научная
Для эффективного отпугивания синан-тропных птиц необходимо учитывать зоопси-хологические особенности рассудочной дея-тельности птиц. Наибольший интерес в дан-ном аспекте представляет дистанция вспуги-вания. Дистанцией вспугивания называется расстояние, на котором птица держится от объекта, представляющего для нее опасность. Для Тюменской области наиболее распростра-ненным представителем синантропных птиц является сизый голубь. Опираясь на исследова-ния А.В. Барановского и Н.В. Авдеевой и проведя совместную работу с орнитологами, были определены значения дистанции вспугивания голубей, характерные для Тюменской области. Целью данного исследования является оценка эффективности отпугивания синантропных птиц с помощью электронно-ионной техноло-гии. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: теоретически определить диапазон площади, защищаемой секцией элек-троотпугивателя птиц (ЭОП), и оценить эффективность отпугивания синантропных птиц с помощью электронно-ионной техноло-гии. На основе литературных данных и ре-зультатов экспериментальных исследований была построена математическая модель, определяющая предполагаемую площадь, за-щищаемую секцией ЭОП. Дистанция вспугива-ния является одним из критериев оценки эф-фективности работы ЭОП. В настоящий мо-мент вопрос оценки эффективности работы отпугивающих устройств остается малоизу-ченным. Для оценки эффективности отпуги-вания синантропных птиц с помощью элек-тронно-ионной технологии было введено по-нятие коэффициента эффективности отпу-гивания. Можно сделать предположение, что данный коэффициент поможет определить эффективность отпугивания технологий и устройств, относящихся как к традиционным, так и электрофизическим. Проведение экспери-мента показало, что существует некая зависи-мость между длительностью отсутствия го-лубей на защищаемом объекте и продолжи-тельностью отпугивающих мероприятий.
Бесплатно
Механический состав виногpада сибиpских соpтов
Статья научная
Виноградники России характеризуются боль-шим сортовым разнообразием винограда, а ком-плексно-устойчивые сорта занимают все большие площади. Климатические условия Шушенского pайона благопpиятны для выpащивания унивеpсальных и технических соpтов виногpада pанних сpоков созpевания. Для технологической оценки соpтов виногpада с целью опpеделения напpавления их применения необходимо изучить механический состав гpоздей и ягод. В статье пpедставлены pезультаты исследования по оцен-ке механического состава виногpада сибирских сортов, пpоизpастающих на территории Шушен-ского pайона Кpаснояpского кpая. Объектом иссле-дования служили соpта виногpада: Таёжный, Алё-шенькин, Зилга, Бессемянной чеpный зимостойкий, Pанний Магаpача. Установлено, что самая наи-большая масса ягод была у виногpада соpта Pанний Магаpача и составила 219,8 г, а наимень-шая - у обpазца Таёжный (144,13 г). Соpта виногpада Алешенькин и Pанний Магаpача отличи-лись более высоким содеpжанием мякоти в ягоде, которая составила 91,9 и 90,8 % соответственно от общей массы ягод. У соpтов Таёжный, Зилга и Бессемянной чеpный зимостойкий содеpжание мя-коти в ягодах составило 66,7-85,84 %. Содеpжание семян, кожицы и твеpдого остатка у всех сортов было сопоставимым (от 17,5 до 21,6 %), кpоме виногpада соpтов Таёжный (23,8 %) и Бессемянной чеpный зимостойкий (10,5 %). Для использовании в виноделии рекомендуем соpта Pанний Магаpача и Алешенькин.
Бесплатно
Микроструктурный и порометрический анализ мягких сыров
Статья научная
Данная работа направлена на изучение микроструктуры мягких сыров и ее изменения после баровакуумной сушки. В качестве объ-ектов исследования были выбраны следующие сыры: «Адыгейский», «Рокфор» и «Русский ка-мамбер». Представлены фотографии микро-структуры сыров, полученные с помощью электронно-сканирующего микроскопа до и по-сле обезвоживания. Проанализировано распо-ложение и размер отдельных компонентов сыра по полученным фотографиям. Установ-лены размеры жировых глобул, которые для свежего продукта составили: до 500 мкм у сы-ра «Адыгейский», до 200 мкм у сыра «Рокфор» и до 250 мкм у сыра «Русский камамбер». Про-анализировано влияние сушки на микрострук-туру мягких сыров. Обнаружено, что наи-большим изменениям подвергается структура сыра «Русский камамбер». После обезвожива-ния у данного сыра структура становится хаотичной, образуется множество беспоря-дочно расположенных микропустот, жировые глобулы образуют крупные конгломераты без четко выделенных границ. Проведен поромет-рический анализ на анализаторе удельной по-верхности и пористых систем, получена со- ответствующая изотерма сорбции. С помо-щью порометрии установлены размеры пор, их объем и площадь поверхности. Установле-но, что для сыра «Адыгейский» наибольший объем пор (0,052778 см3/г) приходится на наи-меньший их диаметр - от 40,3 до 23,7 мкм. Для сыра «Рокфор» наибольший объем пор приходится на диаметр 79,7-40,5 мкм, для сы-ра «Русский камамбер» - на самые крупные по-ры диаметром 1425,3-632,8 мкм. Последний сыр характеризовался также наименьшей площадью поверхности пор среди всех иссле-дованных сыров.
Бесплатно
Мобильная гелиосушильная установка для сушки плодов ягодных культур
Статья научная
Разработана мобильная гелиосушильная установка для сушки плодов ягодных культур с использованием солнечной энергии, принцип работы которой заключа- ется в том, что селективный материал под действием солнечных лучей нагревается и передает тепловую энергию в виде инфракрасного излучения внутрь корпу- са. Селективный материал состоит из алюминиевой пластины с нанесенным электрохимическим способом меди с поглощательной способностью 0,95 и степенью черноты 0,05. Свободно пропускает и поглощает ин- фракрасные лучи (при этом сам является отражате-лем для теплового излучения), повыщающие произво- дительность сушильных установок, а также увеличи- вает температуру в гелиосушильной установке на 2,5- 3,5 ºС. При недостаточной солнечной радиации в каче- стве источника инфракрасного излучения используют- ся пленочные электронагреватели (ПЛЭН). Материал, расположенный на сетке, под воздействием инфракрас- ных лучей высушивается в 2,5 раза быстрее при нали- чии двух пленочных электронагревателей, затраты на электроэнергию при этом сокращаются на 25 %...
Бесплатно
Моделирование динамических режимов теплопровода системы теплоснабжения
Статья научная
Важнейшим фактором повышения энер-гетической эффективности теплоснабжения зданий является качество работы гидро-транспортных комплексов. Она сопровожда-ется различного рода переходными процесса-ми, которые характеризуются значительны-ми изменениями давления, расхода, гидравли-ческой мощности, скорости движения жидко-сти и т.д., в зависимости от объемного рас-хода воды при перепаде давления 105 Па. Из-менение коэффициента перепускного клапана ведет к изменению таких параметров, как пе-репад давления и расход теплоносителя через клапан. Все это существенно снижает ста-бильность температурного режима гидро-транспортной системы. Одним из способов снижения динамических процессов служит стабилизация температурного режима тру-бопроводной системы теплоснабжения, кото-рая уменьшает перепады давлений и темпе-ратуры теплоносителя. В работе приведено математическое моделирование динамических режимов теплопровода системы теплоснаб-жения. Моделирование выполнено на основе анализа структуры трансцендентных пере-даточных функций. Разработана блок-схема теплопровода в Matlab-Simulink. Разработан-ная математическая модель теплопровода использована для выполнения процессов моде-лирования системы теплоснабжения в услови-ях переходных процессов и позволяет полу-чить количественные характеристики пара-метров, влияющих на гидравлическую устой-чивость в части влияния скорости потока на температурный режим системы теплоснаб-жения зданий. Недогрев теплоносителя за счет увеличения скорости потока компенси-руется увеличением коэффициента теплоот-дачи.
Бесплатно
Моделирование изменчивости характеристик пожаров на территории национального парка "Тункинский"
Статья научная
В данной статье проанализирована много-летняя изменчивость различных характери-стик лесных пожаров на территории нацио-нального парка «Тункинский» по данным 1974-2016 гг. Статистические свойства количе-ства пожаров, связанные с цикличностью и наличием значимых автокорреляционных свя-зей, позволили предложить методику модели-рования этой характеристики с прогнозиро-ванием на 1 год. На основе анализа многолет-ней динамики частоты пожаров, относитель-ных площадей пожаров и индексов горимости леса, а также климатических данных примене-ны следующие методы математического мо-делирования: регрессионный анализ, метод скользящей средней, создание тренда, авто- корреляция, авторегрессия. Метод скользя-щей средней с усреднением 5 лет позволил выявить два основных цикла (1975-1985 и 1986-2014 гг.), характеризующие количество пожаров. Предложены два метода прогнозиро-вания числа лесных пожаров с упреждением 1 год: по полиномиальному тренду, характери-зующему спад второго цикла и точку перело-ма к новой тенденции, и авторегрессионной модели с предшествующими значениями за семилетний период. Выявлена слабая значи-мая связь количества пожаров с суммами осадков за май, средними июньскими темпе-ратурами и суммами температур за апрель -август. На основе полученных факторных свя-зей и наличия автокорреляции в последова-тельности количества пожаров приведена авторегрессионная модель с учетом значимых метеорологических факторов для прогнозиро-вания результативного признака. Результа-ты моделирования с помощью этих моделей могут быть дополнены прогностическими оценками авторегрессионной модели с учетом значимых метеорологических факторов, к ко-торым, прежде всего, относится средняя температура воздуха за июнь.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследуется поведение толстого ле-дяного поля, плавающего на поверхности воды, вблизи плоского вертикального участка берега или сооружения при перепадах уровня воды в водо-еме. Ледяное поле рассматривается в рамках мо-дели плоской деформации как толстая полубеско-нечная упругая пластина на основании винклеров-ского типа при различных вариантах контакта с берегом. Натурные наблюдения и эксперименты свидетельствуют, что даже при небольшом, по-рядка 10 см, понижении уровня воды в водоеме либо повышении его (подпоре) вблизи берега в толстом ледяном поле возникают значительные напряже-ния. При этом существенным оказывается влия-ние льда (толщиной порядка метра и более) на береговые сооружения, опоры мостов и др. При понижении уровня воды вблизи берега возникает так называемый «зависающий участок» - область сильно напряженного льда. Дальнейшее изменение уровня воды (20 см и более) обычно приводит к хрупкому разрушению в этой области - возникно-вению трещин. Оценка этой «опасной зоны» чрез-вычайно важна для планирования различных работ со льда, прокладки зимников и т.д. С помощью рас-четов, натурных наблюдений и экспериментов возможно моделировать природу контакта ледя- ного поля с берегом или сооружением. Сформули-рована и решена приближенно методом, основан-ным на аппроксимации неизвестных функций поли-номами Лежандра, стационарная задача о напря-женно-деформируемом состоянии полосы льда вблизи берега при понижении уровня воды. Рас-смотрены случаи полосы, свободной от внешних нагрузок и нагруженной внешней силой. Полученное решение вполне удовлетворительно качественно и количественно согласуется с натурными наблю-дениями и экспериментами. А именно - прослежи-вается возможность появления трещины в месте контакта льда с берегом. Натурный эксперимент проводился в порту Дудинка. Во время разгрузки барж, вмороженных в толстый (0,6-0,8 м) лед, фиксировалось изменение профиля ледяного поля во время всплытия баржи до и после возникновения трещины.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются вопросы высоко-частотного диэлектрического нагрева при сушке древесины в вакуумно-диэлектрических сушильных камерах. Так как размеры загрузки обычно соизмеримы с длиной электромагнит-ной волны, распределение электромагнитного поля приобретает волновой характер. Неод-нородность поля является причиной неравно-мерности температуры по длине загрузки. В результате неравномерного нагрева и сушки образуются дефекты, снижающие качество высушенного пиломатериала и увеличиваю-щие брак продукции. В итоге увеличиваются удельные затраты электроэнергии на сушку, которые и так высоки для данного типа ка-мер. Конечной целью исследования является повышение энергоэффективности вакуумно-диэлектрических камер, для чего необходимо более глубокое изучение процессов высокоча-стотного нагрева и сушки. Для теоретиче-ского изучения нагрева древесины в вакуумно-диэлектрической камере разработана двух-мерная математическая модель, которая учитывает указанные волновые явления и за-висимость теплофизических и диэлектриче-ских свойств материала от температуры и влагосодержания. При численном моделирова-нии принято, что токопроводы подключены к электродам посередине, поэтому расчет про-изводится только для одной симметричной части. В статье иллюстрируются результа-ты решения разработанной модели методом конечных элементов при разном влагосодер-жании материала и разной частоте поля. Распределения внутренних источников теп-лоты и температуры проводятся для различ-ных моментов времени нагрева в диапазоне от 0 до 30 мин. Анализ результатов показы-вает, что наиболее равномерный нагрев мож-но осуществить на частоте 1,73 МГц, но низ-кая интенсивность процесса технологически нежелательна. Высокая интенсивность до-стигается на частоте 13,56 МГц, но сопро-вождается неравномерностью нагрева.
Бесплатно
Моделирование системы управления частотой вращения вала шнекового распределителя материала
Статья научная
Для автоматического управления часто-той вращения вала дополнительного шнеко-вого устройства применяется система сер-воуправления частотой вращения вала рас-пределителя. Приводом вала шнекового рас-пределителя служит регулируемый гидромо-тор. Целью работы является разработка и исследование системы сервоуправления ча-стотой вращения вала шнекового распреде-лителея материалов. Для моделирования сервоуправления частотой вращения вала шнекового распределителя материалов ис-пользовалась программа «Matlab*Simulink». При исследованиях используется потенцио-метр, математическая модель которого за-писывается в виде апериодического звена пер-вого порядка с передаточной функцией. При моделировании системы сервоуправления ча-стотой вращения вала определялось влияние составляющих регулятора на динамику пере-ходных процессов системы с последователь-ным отключением составляющих: пропорцио-нальной Р, интегральной I и дифференциаль-ной D. Результаты исследований переходных процессов показали, что при применении ана-логового пропорционального регулятора пе-реходной процесс - колебательный, с ампли-тудой колебаний 2 мм. Пропорциональная со-ставляющая является основой регулирующе-го воздействия. Применение ПИ-регулятора позволило снизить амплитуду колебаний до 1,9 мм. Управление процессом с ПИД-регулятором обеспечивает амплитуду коле-баний 1,4 мм.
Бесплатно
Моделирование тенденции изменения параметров массы и габаритов наилегчайших сортиментоподборщиков
Статья научная
В связи с созданием лесопромышленниками широкой сети акционерных обществ с не-большими объемами заготовки назрел вопрос по проектированию энергосберегающих оте-чественных малогабаритных сортименто-подборщиков, которые могут работать под пологом леса. Этой проблеме посвящены ра-боты профессоров Д.Г. Мясищева (САФУ), Н.А. Иванова (ТОГУ), Ю.А. Ширнина (ПГТУ). Однако сдерживающим фактором в этом во-просе является отсутствие законченной тенденции по развитию взаимосвязи пара-метров массы и габаритов наилегчайших сортиментоподборщиков. Поэтому целью настоящего исследования является матема-тическое моделирование тенденции измене-ния параметров массы и габаритов сорти-ментоподборщиков (СП) наилегчайшего клас-са. Решение данного направления вызвано необходимостью создания отечественных машин для осветления и прочистки древосто-ев, проведения выборочных рубок в условиях малообъемных лесозаготовок. Зачастую из-за низкого уровня механизации эти работы вы-полняются в нашей стране с завышенными затратами энергоресурсов. В то же время машины данного класса находят все большее распространение на зарубежных лесосеках. Ограниченная масса и габариты рассматри-ваемых сортиментоподборщиков продиктова-ны особенностью отечественных природно-производственных условий выполнения ими лесосечных работ. Метод исследования - ре-грессионый анализ. Основой методики явля-ется разработанный комплекс математиче-ских моделей взаимовлияния рассматривае-мых параметров, который позволил устано-вить тенденции развития массы и габаритов машин. Установлены значения основных ста-тистических характеристик параметров мощности, массы и габаритов СП. Создан комплекс математических моделей, позволя-ющих определить тенденции развития пара-метров массы и габаритов СП. Определены характер и степень взаимовлияния парамет-ров массы и габаритов СП. Созданная мето-дика математического моделирования тен-денции развития параметров массы и габари-тов рекомендуется разработчикам отече-ственных сортиментоподборщиков наилег-чайшего класса, потребителям - для выбора данных машин и обучения студентов высших и средних учебных заведений лесотехнической направленности.
Бесплатно
Моделирование технологического процесса высевающего аппарата зерновой сеялки
Статья научная
Основной задачей при посеве сельскохозяй-ственных культур является создание для каж-дого растения оптимальной по величине пло-щади питания. Характер размещения семян по полю определяется следующими показателя-ми работы посевной машины: неустойчиво-стью общего высева, неравномерностью вы-сева между рядами и неравномерностью раз-мещения семян по длине засеваемой бороздки. Обычно предполагается, что показатели ра-боты высевающих аппаратов не коррелируют друг с другом. Данное предположение не верно, так как практически всегда изменение вели-чины одного качественного показателя ведет к изменению величины другого. Для описания их взаимного влияния предложено использо-вать структурную форму модели. Структур-ная форма модели - система, в которой зави-симые переменные могут находиться как в левой, так и в правой части уравнений, т. е. одновременно являются эндогенными в одних уравнениях и экзогенными в других. Показана возможность применения структурной формы модели для определения качественных пока-зателей работы высевающего аппарата на примере зерновой сеялки «Клен-6» на основа-нии экспериментальных данных. Использова-ние структурной формы модели позволит по-строить модель функционирования конкрет-ного типа высевающего аппарата зерновой сеялки.
Бесплатно
Статья научная
При высыпании гранул появляются эф-фекты, вызванные дискретностью среды, ее неоднородностью, нелинейным характером взаимодействия гранул, их переупаковкой, возникновением зон разрыхления и уплотне-ния. Ранее были получены результаты приме-нения имитационного моделирования для ис-следования поведения гранулированной среды в вибрирующих сосудах. Подход оказался до-статочно эффективным и позволил в даль-нейшем решить ряд прикладных задач по со-вершенствованию конструкции универсально-го высевающего устройства, основанного на вибрации лотка с семенами. Основным кри-терием эффективности решения сформули-рованных задач является равномерность вы- сева семян через отверстия дна. Оптимиза-ция процесса велась в двух направлениях. Оп-тимизировались геометрические параметры конструкции - ширина лотка, высота запол-нения семенами, расположение высевающих отверстий в дне и т.д. Проводилась оптими-зация механических параметров - амплитуды и частоты колебаний лотка. Единственное, что оставалось неизменным, было то, что лоток совершал гармонические колебания. В работе сделана попытка оптимизировать работу вибрационного высевающего аппарата в зависимости от формы поверхности кулач-ка, т.е. от режима горизонтальных колебаний лотка. Модель движения гранулированной сре-ды в качестве сил взаимодействия предпола-гает упругие силы контактного взаимодей-ствия между соседними частицами, силы тре-ния между соседними гранулами, стенками и дном и вязкие силы, введенные по аналогии с жидкими средами. Эти вязкие силы достаточ-но реальны и характеризуют влажность рас-сматриваемого объема. В модели вязкие силы необходимо вводить для корректного числен-ного решения задачи. Так как задача Коши, возникающая в данном случае, является до-статочно жесткой - собственные числа опе-ратора перехода чисто мнимые. В этом слу-чае даже энергетически согласованная схема Рунге-Кутта второго порядка, используемая в работе, недостаточно обеспечивает числен-ное решение искусственной, вычислительной вязкостью. Поэтому введение физической, релеевской вязкости хорошо стабилизирует численное решение. Разумный компромисс находится только при множественном вычис-лительном эксперименте.
Бесплатно
