Разработка средств автоматизации проектной процедуры анализа статики в САПР электростатических подвесов

Тип работы:
Диссертация
Предмет:
Системы автоматизации проектирования
Страниц:
162


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

За последние годы работы по созданию принципиально новых видов железнодорожного транспорта практически не ведутся.

Как известно, в электромагнитном подвесе, вес подвешиваемого тела и действующих на него нагрузок уравновешивается силами магнитного или электрического поля, называемыми в электротехнике пондеромоторными, в результате такого уравновешивания осуществляется свободное & quot-парение"- (левитация) подвешиваемого тела без соприкосновения с окружающими предметами.

В настоящее время электромагнитные пондеромоторные взаимодействия достаточно хорошо известны и широко используются в технике, в том числе и для подвешивания железнодорожных транспортных средств, а электростатические — плохо изучены. Аналитические расчёты пондеромоторных электростатических взаимодействий сложны и в настоящее время выполнены лишь для простейших систем.

Пондеромоторные электростатические взаимодействия используются в различного рода устройствах — электростатических измерительных приборах, подшипниках и т. п. Они могут быть применены и для подвешивания транспортных средств. Срок службы электростатического подвеса определяется ресурсом работы электронной аппаратуры, но её надёжность столь высока, что безотказность гарантируется в течение нескольких десятков лет. Помимо этого, отсутствие износа, шума, возможность нормального функционирования в вакууме, агрессивных средах, широкий температурный диапазон делают такие подвесы всё более перспективными.

Объектом проектирования в данной диссертационной работе является электростатический подвес. Как известно из электротехники, электростатические подвесы по типу поддерживающего силового поля бывают двух видов — с регулируемым и нерегулируемым поддерживающим силовым полем.

Специалисты в области создания электростатических подвесов считают, что наиболее перспективным является подвес на основе зарядов в воздушной среде. Подвес такого типа относится к подвесам с нерегулируемым поддерживающим силовым полем, и представляет собой равномерно заряженные бесконечные нити в воздушной среде.

Именно этот вид электростатического подвеса и рассматривается в диссертационной работе.

Создание электростатического подвеса представляет собой довольно сложную техническую задачу, включающую в себя, в общем случае, все стадии функционального, конструкторского и технологического проектирования. Ни один из этих аспектов проектирования в полной мере не автоматизирован и традиционное выполнение проектных процедур чрезвычайно трудоёмко. Поэтому задача автоматизации всех проектных процедур, связанных с созданием электростатического подвеса является актуальной.

Автоматизация всех аспектов проектирования является достаточно сложной задачей, решить которую один человек не может.

Проектирование электростатического подвеса ведут различные специалисты, отдельно на этапе функционального, конструкторского и технологического проектирования.

Весь процесс проектирования начинается с решения задач функционального проектирования, которыми занимаются наиболее квалифицированные специалисты, именно на них и рассчитаны, предлагаемые в данной диссертационной работе, инструментальные средства автоматизированного проектирования.

В диссертационной работе рассматривается функциональное проектирование электростатического подвеса. На этапе функционального проектирования приходится решать множество задач, связанных с выполнением проектных процедур анализа и синтеза. Эти проектные процедуры плохо поддаются формализации и, отнимают значительные материальные и человеческие ресурсы.

В диссертационной работе решаются задачи, связанные с анализом статики электростатического подвеса:

• задача формулировки требований к системе подвеса,

• задача выбора структуры подвеса,

• задача расчётов параметров элементов подвеса,

• задача расчёта выходных параметров подвеса (линейной /т и (или) А поверхностной fm плотности подъёмной силы), для решения которой проводится расчёт статических выходных параметров подвеса в различных статических режимах, с помощью многократного выполнения процедуры одновариантного анализа-

• задача поиска оптимальных значений внутренних параметров подвеса (линейной плотности заряда к1 /-ой нити и координатах i-ой нити (хг,. уг) в Декартовой системе координат) при заданной, в качестве целевой функции, поверхностной плотности подъёмной силы на железнодорожном транспорте, равной отношению веса вагона к занимаемой им площади на железнодорожном полотне, /жд~104Н/м2.

В процессе создания электростатического подвеса на этапе функционального проектирования возникает необходимость многократного проведения анализа и синтеза, что приводит к высоким затратам времени и сильно усложняет работу проектировщиков. Наряду, с вышеперечисленным, существуют проблемы, связанные с выбором математических моделей и алгоритмов, необходимых для создания такого рода устройств, что также повышает стоимость производимых проектных работ и затрат, в том числе, снижает экономическую эффективность от использования, полученных на этой стадии проектирования, результатов. Использование ПЭВМ позволяет автоматизировать функциональное проектирование и решить все эти проблемы, а значит: сократить материальные затраты, уменьшить сроки проектирования и повысить производительность труда проектировщиков.

Задачами диссертации являются:

1. Разработка и выбор функциональной математической модели пондеромоторных электростатических взаимодействий на метауровне проектирования.

2. Разработка алгоритмов и программ, применимых для анализа и синтеза математической модели подвеса.

3. Разработка и анализ новых систем подвеса с помощью САПР.

4. Разработка рекомендаций по применению методики математического моделирования для исследования пондеромоторных электростатических взаимодействий на этапе функционального проектирования подвеса.

При создании функциональной математической модели пондеромоторных электростатических взаимодействий, а также для анализа и синтеза различных систем подвеса были использованы:

• метод Гаусса,

• метод изображений,

• метод инверсии,

• метод конформного отображения.

10

В диссертационной работе при проведении математического моделирования на этапе функционального проектирования электростатического подвеса применялись:

• методика построения математических объектов проектирования для создания функциональных математических моделей пондеромоторных электростатических взаимодействий на микро-, макро- и метауровнях проектирования-

• методика разработки САПР для создания САПР.

При создании программно-методического обеспечения САПР применялись методы структурного и объектно-ориентированного программирования.

При анализе экономической эффективности САПР применялись следующие методы:

• метод сравнения соответствующих показателей в базовом и оцениваемом способах проектирования при полном обеспечении их сопоставимости-

• метод приведённых затрат (при расчёте годового экономического эффекта).

1. Л. А. Сена & quot-Единицы физических величин и их размерности& quot-, М., & quot-Наука"-, 1977.

2. Д. В. Сивухин & quot-Общий курс физики& quot-, т. З, М., & quot-Наука"-, 1977.

3. И. В. Савельев & quot-Курс общей физики «, т. 2, М., & quot-Наука"-, 1973.

4. Л. Д. Ландау, Е. М. Лившиц & quot-Теоретическая физика& quot-, т. 8, М., & quot-Наука"-, 1982.

5. Мик Дж., Крегс Дж. & quot-Электрический пробой в газах& quot-, М., & quot-Мир"-, 1970.

6. Л. Д. Ландау, Е. М. Лившиц & quot-Электродинамика сплошных сред& quot-, т. 8, М., & quot-Наука"-, 1982.

7. Г. Корн, Т. Корн & quot-Справочник по математике для научных работников и инженеров& quot-, М., & quot-Наука"-, 1977.

8. И. П. Норенков, В. Б. Маничев & quot-Основы теории и проектирования САПР& quot-, М., & quot-Высшая школа& quot-, 1990.

9. Г. Г. Казеннов, А. Г. Соколов & quot-Основы построения САПР и АСТПП& quot-, М., & quot-Высшая школа& quot-, 1989.

10. В. А. Трудоношин, Н. В. Пивоварова & quot-Математические модели технических объектов& quot-, М., & quot-Высшая школа& quot-, 1986.

11. П. К. Кузьмик, В. Б. Маничев & quot-Автоматизация функционального проектирования& quot-, М., & quot-Высшая школа& quot-, 1986.

12. В. М. Черненький & quot-Имитационное моделирование& quot-, М., & quot-Высшая школа& quot-, 1990.

13. А. Н. Данчул, Л. Я. Полуян «Системо-технические задачи создания САПР& quot-, М., & quot-Высшая школа& quot-, 1990.

14. В. И. Артемьев, В. Ю. Строганов & quot-Организация диалога в САПР& quot-, М., & quot-Высшая школа& quot-, 1990.

15. А. В. Петров, В. М. Черненький & quot-Проблемы и принципы создания САПР& quot-, М., & quot-Высшая школа& quot-, 1990.

16. И. П. Норенков & quot-Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем& quot-, М., & quot-Высшая школа& quot-, 1986. 17.

ПоказатьСвернуть

Содержание

Глава 1. Анализ системы автоматизированного проектирования электростатического подвеса.

§ 1.1. Общая структура САПР подвеса.

§ 1.1.1. Построение схемы создания и взаимодействия составных частей САПР подвеса.

§ 1.1.2. Разработка алгоритмов необходимых для создания и анализа математической модели устройства типа подвеса.

§ 1.1.2.1. Основные формулы.

§ 1.1.2.2. Электростатический подвес. Простейшие модели.

§ 1.1.2.3. Уточнение расчётов по цилиндроплоскостной модели подвеса.

§ 1.1.2.4. Расчёт напряжённости электрического поля, создаваемого точечными и линейными зарядами.

§ 1.1.2.5. Определение областей электрического поля, в которых напряжённость электрического поля превышает заданную величину. Методы сплошной и локальной сетки. Метод слежения.

§ 1.1.2.6. Жёсткость сил. Поперечная устойчивость систем взаимодействующих зарядов.

§ 1.1.3. Разработка и реализация базы данных САПР подвеса.

§ 1.1.4. Создание интерактивного интерфейса САПР подвеса.

§ 1.2. Анализ существующих математических моделей пондеромоторных электростатических взаимодействий.

§ 1.2.1. Системы из точечных зарядов и равномерно заряженных нитей.

§ 1.2.1.1. Два точечных одноимённых заряда.

§ 1.2.1.2. Две параллельных равномерно заряженных нити.

§ 1.3. Постановка задачи исследования.

Глава 2. Разработка и выбор математической модели пондеромоторных электростатических взаимодействий.

§ 2.1. Математическая модель пондеромоторных электростатических взаимодействий на микроуровне.

§ 2.2. Математическая модель пондеромоторных электростатических взаимодействий на макроуровне.

§ 2.3. Математическая модель пондеромоторных электростатических взаимодействий на метауровне.

§ 2.4. Разработка и анализ различных систем подвеса с помощью полученной математической модели пондеромоторных электростатических взаимодействий.

§ 2.4.1. Система из четырёх симметрично расположенных равномерно заряженных параллельных нитей.

§ 2.4.2. Система из четырёх симметрично расположенных равномерно заряженных параллельных нитей. Система из трёх параллельных одноимённо заряженных нитей, расположенных в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника.

§ 2.4.3. Компенсационные системы зарядов. Компенсация поля двух нитей с помощью поля третьей нити.

§ 2.4.4. Система из восьми заряженных параллельных нитей.

§ 2.4.5. Система из четырёх равномерно заряженных нитей (две нити — компенсирующие).

§ 2.4.6. Учёт взаимодействия нитей с заземлёнными оболочками.

Глава 3. Математическое моделирование на основе предложенной модели.

§ 3.1. Методика проведения математического моделирования.

§ 3.1.1. Методика получения функциональных математических моделей.

§ 3.1.2. Методика разработки САПР.

§ 3.2. Анализ полученных результатов.

Глава 4. Практическое использование предложенной методики.

§ 4.1. Практическое использование предложенной методики для проектирования устройств типа подвеса.

§ 4.2. Рекомендации по практическому использованию методики проведения математического моделирования пондеромоторных электростатических взаимодействий на этапе функционального проектирования технических устройств, использующих данный вид взаимодействий.

§ 4.3. Определение показателей экономической эффективности использования САПР подвеса.

Заполнить форму текущей работой