МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Y ° X, v 0 X2 ° X, + X2 +4X,2 + XI ; (5)
где X1 и X2 - непрерывные переменные R- функции.
Согласно формуле (5) прямоугольник Q1 мо¬ жет быть задан неравенством [3]:
X = d1 + b2 - x - У -yj{d2 - x2 )2 + (b2 - y2 )2 > 0 ,(6) а прямоугольник Q2 - неравенством [3]:
X , = c 2 + h 2 - x , 2 - ( y , - f ) 2 2 - x , 2 ) 2 + ( h 2 - ( y , - f ) 2 ) 2 > 0 . ( 7 )
Следовательно, область Q1 = Qj u Q2 может быть задана неравенством:
Y ° Xl v0 X2 ^fd2 +b2 - x2 - y -^(d2 - x2 )2 +(b2 - y )2
(8)
позволяют получать информацию о графиче¬ ских объектах и их взаимном расположении.
Рассмотренная методология создания графических баз данных чертежей металло¬ режущего инструмента автоматизированным способом позволяет создавать параметриче¬ ские модели, на их основе создавать фраг¬ менты чертежей и в случае необходимости осуществлять коррекцию положения указан¬ ных фрагментов. Данный подход позволяет значительно экономить время, необходимое для создания указанных однотипных черте¬ жей.
d +b2 - xf -y2 -^{с!1 - X )2 +(b2 -y2 )2
+ |
> 0 |
+h2 - x2 -(y -f)2 - J ( c 2 - x2 )2 +(h2 -(y -f)2 )2
В таблице 1 приведены наиболее часто ис¬ пользуемые функции-подпрограммы, которые
Таблица 1 - Список функций-подпрограмм, позволяющих получать информацию об объектах и их рас положении
рнческнз о£ь<кхо| н оп*н вшеиьа попил -
г ив--в
РТ
72
-у
0 £ |
« Н в Ч < И Н г II |
Н А п Ш Ч г Н Н * |
|
Н В-ll-flnf-rpflMM |
|
||||||||||
|
|
(Ur-PRAM OIK 01V M UV P i t |
|
|
|
||||||||||
П и ч у - а н м ^ j t y u K i i k . n f l t T |
р и ч е т |
с и н е н и я |
прнис/г-^!- |
||||||||||||
вига |
ж в п р л д ч н м л |
р |
в |
н |
а |
д л в а в г |
. с |
- п . « |
т у |
т ^ ч |
т а P j . 8 К , ^ |
||||
- личы полепи (г-1|-он |
щян-Ф-тьши. |
0 |
1 > - |
||||||||||||
к о о р д и н а т ы ц с н т р д |
прннцу/1-^лкника Ч)"} |
|
|
|
|||||||||||
|
ША 0 1 к Ф ^ |
« < |
0 1 * >х1 М aii hvl N) |
|
|||||||||||
|
|
||||||||||||||
Л р о |
с р |
а н ш осуществляет р а я ч в т давлены обшита., ж е > |
|||||||||||||
1*рВЛ n [ * J ( T J £ . n : * T |
[обо! |
|
* Е * Д Г Е » Ж И В |
|
ЩГЩЮв- |
||||||||||
урс - льнык |
оЪя д е т е й |
V I |
и |
|
|
|
и о п р е д е л я е т п р и н а д л е ж |
||||||||
н о с т ь |
* 11 |
т о ч к и |
Pi |
Icm |
<3l) |
3 x 1 . |
. |
b'j2 |
- дл н н ы |
п о л о - |
|||||
Е'ИН ( 1 W H n t f l N J r ^ - ^ l H H J H U . |
O l X . |
|
. |
0 » V |
- K ^ h M l H - |
||||||||||
н а т и |
ц е н т р » |
|
п р н м о у г о л и к i i i i o t |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
| s r * r |
i - n . M P N |
p a f j p n p i |
рз> |
|
|
|
|||||||
Программа осуществляет расчет грлннци мн^гоугол- |
|||||||||||||||
|
i i |
D n p f M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
> : ! Ч |
|
|
|
t U i i H H - T ) |
Г-'ЧКПНИ |
P1 |
|
II |
|
F2 |
r f i l H H U f |
MH Of ОуГС-ЛЬН IIKil |
|||||||
I.PN |
- K o J I I H i c T O o |
Ы р Ц Л Ш |
ЫИого>ГОЛЬН|||Ц, |
Fl»H |
- |
||||||||||
к о о р д и н а т ы в г г ш н н |
M H ^ № / r ^ . n t . H i i i ' > j |
|
|
|
|
|
|||||||||
( V r W I ^ M N Pt»i PM P I }
П р 0 4 - р £ М М 2 ОСиЩеСТШЛ HE T nDO-Hef-IO/ ПрКНДДЛе I H OOTH nwta P1 оБпаста, ияюри аадпнв юавгетюхьавхвн
РН - E O J t r r t r r i w нежили к н и к г л г о л ъ в Е Х н , PMN - т»- ОрД11Н9ТЫ MpUJHH HH.-f.-',T-nb-HIIHM
|
|
|
|
АВТОКАД: учеб. пособие. Омск.. ОмГТУ. 2008. |
||||
Библиографический список |
|
112 с. |
|
|
|
|||
1. Притыкин |
Ф.Н. |
Параметрические |
2. |
Шмуленкова |
Е.Е. |
Использование |
||
функций-подпрограмм, |
позволяющих |
|||||||
изображения объектов |
проектирования |
на |
||||||
кодированное |
описание |
процедур |
||||||
основе использования языка АВТОЛИСП в среде |
||||||||
автоматизированного |
распознавания решения |
|||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
задач |
в курсе «Начертательная геометрия» // |
|||
Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011 |
|
|
|
|
61 |
|||
PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Россия молодая: передовые технологии - в промышленность: материалы Всероссийской научн-технич. конф. Омск. 2008. С. 146-150
3. Рвачев В.Л. Методы алгебры логики в математической физике.
Киев: 1974. 256 с.
AUTOMATIC WAY OF THE ESTIMATION OF THE MUTUAL POSITION FRAGMENT SCENES ON DRAWING METAL-CUTTING INSTRU¬ MENT
F.N. Pritykin, E.E. Shmulenkova
In article is considered automated way of the de termination of the mutual location object on drawing metal-cutting instrument. At drawing is created on
УДК 556.324.001.18:519.87:004.42
base parametric 3-D models. Theory of sets is used for analysis geometric object.
Притыкин Федор Николаевич — д.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» Омского госу дарственного технического университета; Основ ное направление научных исследований — исследова ния в области информационных технологий и при менение их в инженерной геометрии и робототехни ке. Общее количество публикаций —120.
E-mail: Pritvkin@mail.ru
Шмуленкова Елена Евгеньевна — аспирантка кафедры «Начертательная геометрия, инженер¬ ная и компьютерная графика» Омского государ¬ ственного технического университета. Основ¬ ное направление научных исследований — авто¬
матизированная |
оценка |
графических построений. |
|
Общее |
количество публикаций -16. |
||
E-mail: |
elenashmulenkova@rambler. ru. |
||
О МОДЕЛИРОВАНИИ РАДИАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОННЫХ ТАБЛИЦ
В. И. Сологаев, Н.В. Золотарев
Аннотация: В данной статье рассматривается построение компьютерной |
мо |
||||||||||||||||
дели радиальной фильтрации с использованием |
электронных |
таблицах |
на |
основании |
|||||||||||||
полевых |
опытов. |
Это |
|
позволяет |
рассчитать |
влияние контура |
промачивания и |
про |
|||||||||
следить |
динамику |
его |
|
развития, |
что важно |
для |
защиты |
техносферы |
от |
подтопле¬ |
|||||||
ния. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ключевые |
слова: |
|
защита от |
подтопления, компьютерное |
моделирование, |
ради¬ |
|||||||||||
альная фильтрация, физическое |
моделирование, |
математическое |
моделирование. |
|
|||||||||||||
Введение |
|
|
|
|
|
|
Это делает методику перспективной для |
||||||||||
Исследование процессов движения подзем¬ |
мелиоративных, |
гидрогеологических |
и |
других |
|||||||||||||
ных вод важно для прогнозирования ситуации, |
расчетов. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
складывающейся на мелиорируемых и сели¬ |
|
Как правило, построение модели на элек¬ |
|||||||||||||||
тебных территориях с целью предупреждения |
тронно-вычислительном устройстве произво¬ |
||||||||||||||||
негативных последствий подтопления. |
|
дится за счет интегрирования математической |
|||||||||||||||
Использование |
метода |
электронных таблиц |
составляющей, |
описывающей физический про¬ |
|||||||||||||
(МЭТ) позволяет получить результат, затрачи¬ |
цесс в электронной таблице. |
|
|
|
|
||||||||||||
вая минимум средств, в отличие от применения |
|
Учитываем, что полученный результат мо¬ |
|||||||||||||||
физического или аналогового моделирования. |
дели должен быть проверен на физическом |
||||||||||||||||
Данные задачи решаются при помощи элек¬ |
аналоге с последующим вычислением погреш¬ |
||||||||||||||||
тронных таблиц на вычислительных машинах, |
ности [1]. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
обладающих рядом преимуществ: |
|
|
Смоделируем ситуацию с закачкой воды че¬ |
||||||||||||||
• |
доступность |
|
широкому |
кругу |
рез вертикальную скважину в слой грунта |
огра¬ |
|||||||||||
пользователей; |
|
|
|
|
ниченный водоупором (рис. 1). |
|
|
|
|||||||||
• |
простота использования; |
|
|
Методика автора |
|
|
|
|
|
||||||||
• |
применение |
|
различных |
вычис¬ |
|
В качестве исследуемого грунта воспользу¬ |
|||||||||||
лительных |
устройств; |
|
емся песком с правого берега Иртыша. Роль |
||||||||||||||
• |
возможность |
использования |
водоупора выполняет пластиковая емкость (рис. |
||||||||||||||
1). На |
дно установим |
фильтрационное |
кольцо |
||||||||||||||
языков программирования. |
|
||||||||||||||||
|
диаметром 21 см, а посередине располагаем |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
62 |
|
|
|
|
|
|
|
Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011 |
|||||||||
PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
перфорированную скважину диаметром 4 см. В рамках данного опыта поверхность должна быть горизонтальной, что предварительно проверя¬ ется уровнем.
Рис. 1. Физическая модель радиальной фильтрации.
Таким образом, у нас есть возможность провести серию опытов по проведению ради¬ ального налива и экспресс откачки [2].
Целью полевых опытов, является получе¬ ние параметров для построения компьютерной модели в электронной таблице, с последующим сравнением результатов.
Налив осуществляется в центральную сква¬ жину до уровня воды 10 см. Запущенный секун¬ домер останавливается в тот момент, когда во¬ да из скважины достигнет кромки внешнего кольца.
При проведении данного опыта расчетное время составило 83 секунды.
Для установления параметра коэффициен¬ та фильтрации, осуществляется экспресс откач¬ ка на рисунке 2.
Ее сущность заключается в том, что при помощи емкости (рис. 2а) вода вытесняется из импровизированной перфорированной скважины, с дальнейшим замером результа¬ тов восстановления напора, изложенных в таблице 1.
Где, Нскв напор в скважине (рис. 2б); At, время наполнения скважины; Qi расход за время Ati.
Кф i определяется по формуле:
|
Кфср. |
(2) |
K ф — |
0,7 + 0,03 • t |
|
|
|
б)
Рис. 2 . Экспресс откачка из скважины представ ленная в двух положениях: а) вытеснение воды из
скважины; б) заполнение скважины.
Проверка модели осуществляется при по¬ мощи математического и физического модели¬ рования. Определим радиус языка подтопления используя формулу (3) Сологаева В. И. [0]:
R — Г0 [l + (l,51 - 0,046 • In(t))^Vr ] (3)
теор
где т определяется по формуле: k • H • t
t — |
|
:г- |
(4) |
|
m ^ Г0
Найдем расстояние, которое пройдет язык подтопление за указанное время:
|
R |
— 4 • [l + (l,51 - 0,046 • 1и(8Д3)) • |
] — 20,2 см. |
|
к — |
(1) |
теор |
|
|
|
|
|||
|
|
0,047 • 10 • 83 |
8,13 |
|
Для приведения коэффициента фильтрации |
t — • 0,3 • 42 |
|||
|
||||
к Кф + 10°Сиспользуем формулу Хазена: |
|
Рассчитаем погрешность между теоретиче¬ |
||
|
|
|||
|
|
ской и практической моделью: |
|
|
Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011 |
|
|
63 |
|
PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
8 |
Rфакт |
|
пересчета |
(итерацией) т.е. изменение в од¬ |
||
•100% |
ной точке |
повлечет за собой изменение в |
||||
R |
|
|||||
|
факт |
|
соседних точках пространства (таблица 1). |
|||
|
|
|
|
|
||
где Rфaкт — внешний радиус физической модели; — теоретический радиус язы ка подтопления.
8 |
21 - 20,2 •100% = 4 % |
|
21 |
Погрешность 4% указывает, что опыт был проведен верно, т.к. значение погреш¬ ности укладывается в допустимый предел
<5%.
Основой компьютерной модели является закон Дарси [1;4] отображающий, физику перемещения воды в грунтовой толще:
K ф |
АН |
(5) |
|
l |
|||
|
|
где, AH — разность напоров в верхнем и нижнем бьефе; 1<ф — коэффициент фильтрации грунта; l — путь фильтрации;
Взаимодействие электронной и математи¬ ческой составляющей достигается за счет усло¬ вия:
Q1 = Q2 |
(6) |
где, Q1 — входящий расход воды, прохо¬ дящий через узловую точку пространства грунта; Q2 — исходящий расход воды, прохо¬ дящий через узловую точку пространства грунта.
Расход, входящий в ячейку (узловую точ¬ ку) равен исходящему расходу. Таким обра¬ зом, сетку таблицы можно представить в ви¬ де пространства состоящего из узловых то¬ чек, которые связаны между собой циклами
Таблица 1 - Результаты определения коэф фициента фильтрации опытным путем.
Нскв? |
|
|
К ф ъ |
|
К ф |
At, |
|
см/сек |
+10°С |
||
см |
|
см/сек |
|
||
|
|
|
см/сек |
||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
4,31 |
16,8 |
0,0870 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
4,44 |
16,3 |
0,0928 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
6,21 |
11,6 |
0,0755 |
0,076 |
0,047 |
6 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
7,44 |
9,73 |
0,0765 |
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
11,39 |
6,36 |
0,066 |
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
20,62 |
3,51 |
0,0575 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Электронные таблицы позволяют доста¬ точно быстро собрать и рассчитать малую или среднюю модель области фильтрации с общим количеством узлов до 100000. Сборка крупных моделей ограничена 1 миллионом.
В нашем случае используется 77 узлов. В каждом из которых вводится формула моде¬ лирования (1):
H S+1 |
Dt •k• (H1 i -1 |
|
|
|
|
|
(7) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
f . |
Л |
||||
i+1 |
+ ri-1)2 |
|
- ( r i + |
ri-1 |
|
|
|||||||
|
In |
|
In |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Iri |
-10 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
моделирования |
существует |
возможность |
в численном (таблица 2), так и графическом |
||||||||||
представления |
полученных результатов |
как |
(рис. 3). |
|
|
|
|
||||||
64 |
Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011 |
PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Рис. 3 Графическое построение радиальной модели.
Как видно из графического построения на |
3. |
Построена компьютерная модель ради¬ |
рисунке 3 при радиальной фильтрации наблю¬ |
альной фильтрации, результаты которой совпа¬ |
|
дается соответствие физической и математиче¬ |
дают с физической моделью. |
|
ской модели, что подтверждает достоверность |
4. |
Формула моделирования (7) отображает |
формулы моделирования. |
динамику движения грунтовых вод и может быть |
|
Вывод |
использована для прогнозирования подтопле¬ |
|
1.В рамках данной физической модели ния.
определены |
основные фильтрационные пара¬ |
5. Полученные |
результаты |
подтверждают |
|||||||||
метры грунта. |
|
|
эффективность использования |
|
электронных |
||||||||
2. |
Полученные результаты проверены на |
таблиц в подобных расчетах. |
|
|
|
|
|||||||
математической модели и являются достовер¬ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ными. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
2 — Результаты моделирования физической модели радиальной фильтрации. |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
B |
C |
D |
E |
F |
J |
|
H |
|
I |
|
1 |
|
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
10 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
10 |
1,808178 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
8 |
|
4 |
|
10 |
3,662173 |
0,044339 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
16 |
|
5 |
|
10 |
4,957241 |
0,226145 |
2E-05 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
10 |
5,638764 |
0,557525 |
0,00054 |
3,25E-12 |
0 |
0 |
|
0 |
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
10 |
5,931296 |
0,977295 |
0,003702 |
2,38E-09 |
7,18E-26 |
0 |
|
0 |
|
40 |
|
8 |
|
10 |
6,059683 |
1,419292 |
0,013416 |
1,14E-07 |
3,83E-20 |
2,99E-53 |
|
0 |
|
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
10 |
6,140055 |
1,843247 |
0,033899 |
1,58E-06 |
8,8E-17 |
8,54E-42 |
|
0 |
|
56 |
|
10 |
|
10 |
6,214483 |
2,229697 |
0,068424 |
1,09E-05 |
1,7E-14 |
4,5E-35 |
|
0 |
|
64 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
10 |
6,292965 |
2,570864 |
0,118861 |
4,9E-05 |
8,27E-13 |
1,68E-30 |
|
0 |
|
72 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
10 |
6,374298 |
2,865382 |
0,185695 |
0,000164 |
1,71E-11 |
3,98E-27 |
|
0 |
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Библиографический список |
3. |
Сологаев В.И. Фильтрационные |
||
1. |
Маскет М. Течение однородных |
расчеты и компьютерное моделирова¬ |
||
ние при защите от подтопления в город¬ |
||||
жидкостей в пористой среде. - М. |
||||
ском строительстве: Монография / В. |
||||
Ижевск: Изд-во Физматлит, 2004. - 623 |
||||
И. Сологаев. - Омск: Изд-во СибАДИ, |
||||
с. |
|
|||
|
2002. - 416 с. |
|||
2. |
Мироненко В.А. Шестаков В.М. |
|||
4. |
Шестваков В.М. Бошкатов Д.Н. |
|||
Теория и методы интерпретации опыт¬ |
||||
Опытно-фильтрационные работы. - М.: |
||||
но-фильтрационных работ. - М.: Изд-во |
||||
Изд-во Недра, 1974. - 204 с. |
||||
Недра, 1978. - 326 с. |
||||
|
|
|||
Вестник СибАДИ, выпуск 1 (19), 2011 |
|
65 |
||
PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com