SIMULATION OF THE PROCESS FOR FORMING LARGE-SIZED PRODUCTS FROM A MIXED COMPOSITE MATERIAL
Authors: Б.В. Певченко, , Д.Г. Абрамов, , А.В. Кодолов, , Ф.А. Попов, , Г.Г. Абрамов, 
Published: January 2023

Проблема повышения надежности систем автоматизированного управления потенциально опасными технологическими процессами является одной из актуальнейших с момента начала работ по использованию компьютерной техники для этих целей. Одним из таких процессов является процесс управления формованием крупногабаритных изделий из смесевого композиционного материала (далее – СКМ) высокой степени пожаро- и взрывоопасности, имеющий место в рамках интегрированной АСУТП действующего специального химического производства АО «ФНПЦ «Алтай». При этом при изготовлении крупногабаритных изделий одной из наиболее опасных и ответственных технологических операций является так называемая операция поддавливания, выполняемая на заключительном этапе слива подготовленной в смесителе массы методом свободного литья. Выполнение данной операции необходимо для регулирования уровня остаточных механических напряжений в изделии, которые возникают вследствие химических и термических усадок СКМ. Создание эффективной автоматизированной подсистемы управления данной операцией является актуальной задачей в настоящее время. Одним из подходов, применяемых для решения такой задачи, является проектирование, разработка и эксплуатация данной подсистемы с использованием элементов математического моделирования, описывающих автоматизируемую технологическою операцию с требуемой степенью достоверности. В статье приведено описание математической модели выполнения данной операции, в которой последняя рассматривается как гидромеханическая система с невысокой энергетической напряженностью, описываемая единой системой дифференциальных уравнений. Статья содержит описание декомпозиции указанной гидромеханической системы на базовые физические процессы с последующим синтезом искомой математической модели. Приведены результаты компьютерного моделирования процесса поддавливания на основе имеющихся экспериментальных данных изготовления натурных изделий. Дана количественная и качественная оценка работоспособности полученной математической модели. Отмечено, что проведенная экспериментальная оценка применимости разработанной математической модели в АСУТП изготовления крупногабаритных изделий из СКМ показывает принципиальную возможность ее использования и в технологических процессах изготовления изделий с гораздо более широким спектром массогабаритных характеристик, не ограничиваясь исключительно крупногабаритными образцами, при условии, что все они формуются по технологии свободного литья.

The problem of increasing the reliability of automated control systems for potentially hazardous technological processes has been one of the most urgent since the computer technology was used for these purposes. One of these processes is controlling the formation of large-sized products made of a mixed composite material (hereinafter referred to as MCM) of a high degree of fire and explosion hazard which takes place within the integrated APCS of the operating special chemical production at JSC “Federal Research and Production Center “Altai”. At the same time, in the manufacture of large-sized products, one of the most dangerous and responsible technological operations is the so-called pressing operation, performed at the final stage of draining the mass prepared in the mixer by free casting. This operation is necessary to control the level of residual mechanical stresses in the product, which arise due to chemical and thermal shrinkage of the MCM. To make an effective automated subsystem for managing this operation is an urgent task at present. One of the approaches used to solve such a problem is the design, development and operation of this subsystem using elements of mathematical simulation that describe the automated technological operation with the required degree of reliability. The article provides a description of the mathematical model for performing this operation, in which the latter is considered as a hydromechanical system with low energy intensity, described by a unified system of differential equations. The article deals with a description of decomposition of the indicated hydromechanical system into basic physical processes, followed by the synthesis of the desired mathematical model. The results of computer simulation of the pressing process that are based on the available experimental data for the manufacture of full-scale products have been presented. Quantitative and qualitative assessments of the performance of the found mathematical model have been done. It is noted that the experimental evaluation of the applicability of the developed mathematical model in APCS for the manufacture of large-sized products made of MCM shows a possibility in principle of its use in technological processes for the manufacture of products with a much wider range of weight and size characteristics, not limited to exclusively large-sized samples, provided that they are all molded using free casting technology.