Реферат Методы решения научнотехнических задач в строительстве
 Скачать 52.88 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Казанский Государственный архитектурно-строительный университет Кафедра железобетонных и каменных конструкций Реферат «Методы решения научно-технических задач в строительстве» на тему ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ И ПОСТАНОВКА ОПТИМИЗАЦИОННОЙ ЗАДАЧИ по теме: «Процесс инфракрасного ямочного ремонта асфальтобетонного покрытия мостовых сооружений» Выполнил: студент группы 7СМ38 Галимова А.И. Принял: к.т.н. доцент Радайкин О.В. Казань, 2018 г. СОДЕРЖАНИЕ стр. Введение 3 Актуальность выбранной темпы: От состояния дорожного покрытия зависят такие факторы, как безопасность дорожного движения, скорость транспортного потока, расход топлива и количество вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, неисправное дорожное полотно является причиной повышенного шума, вибрации, приводит к излишнему утомлению водителя и способствует износу автомобиля. 3 В результате перегрузок покрытия, износа и старения его материалов, на покрытии с течением времени возникают всевозможные дефекты, деформации и разрушения (неровности, трещины, сколы, выбоины, ямы и т.п.). 3 Асфальтирование и ремонтные работы дорожного покрытия осуществляются различными методами, средствами и материалами, в совокупности определяющими качество, срок службы и стоимость, т.е. эффективность таких ремонтных работ. Главная цель этих работ — обеспечить на эксплуатируемой дороге безопасное движение автомобильного транспорта с установленным скоростным режимом. 3 Описание модели 5 Построение целевой функции 7 Заключение 9 Список литературы 10 Введение Актуальность выбранной темпы: От состояния дорожного покрытия зависят такие факторы, как безопасность дорожного движения, скорость транспортного потока, расход топлива и количество вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, неисправное дорожное полотно является причиной повышенного шума, вибрации, приводит к излишнему утомлению водителя и способствует износу автомобиля. В результате перегрузок покрытия, износа и старения его материалов, на покрытии с течением времени возникают всевозможные дефекты, деформации и разрушения (неровности, трещины, сколы, выбоины, ямы и т.п.). Асфальтирование и ремонтные работы дорожного покрытия осуществляются различными методами, средствами и материалами, в совокупности определяющими качество, срок службы и стоимость, т.е. эффективность таких ремонтных работ. Главная цель этих работ — обеспечить на эксплуатируемой дороге безопасное движение автомобильного транспорта с установленным скоростным режимом. Процесс инфракрасного ремонта асфальтобетонного покрытия (IAR) является альтернативной технологией, которая потенциально позволяет выполнять ремонт ям круглый год. Это менее дорогой способ, при этом получаем более прочное покрытие, чем при обычном методе. Несмотря на то, что IAR успешно используется на протяжении уже более 10 лет в США и Канаде и имеет ряд преимуществ, в России продолжают использовать обычную технологию ремонта. Основные причины: неизвестные свойства материала, подвергнутого нагреву, по сравнению с не нагретым материалом, отсутствие стандартизированных методов и процедур контроля качества. Объектом исследования диссертационной работы является процесс инфракрасного ямочного ремонта асфальтобетонного покрытия. Предметом исследования является оптимизация процесса инфракрасного ямочного ремонта асфальтобетонного покрытия. Научная дисциплина, в рамках которой решается проблема – ремонт автомобильных дорог. Описание модели Исследуемый объект – процесс инфракрасного ямочного ремонта асфальтобетонного покрытия – имеет следующие признаки: - температура нагрева; - время нагрева; - прочность затвердевшего материала; - качество стыковки; - показатели шума при выполнении работ; - утилизация отходов; - необходимое количество вяжущего; - стоимость выполнения работ; - скорость выполнения работ. На мой взгляд, для ямочного ремонта – одной из возможной модели процесса ремонта асфальтобетонного покрытия – данные признаки можно распределить по степени значимости в следующем порядке: прочность затвердевшего материала; качество стыковки; стоимость выполнения работ; скорость выполнения работ; показатели шума при выполнении работ; утилизация отходов; температура нагрева; время нагрева; необходимое количество вяжущего. Модель – это образ моделируемого объекта, алгоритмика его поведения и преобразования при взаимодействии с другими объектами, запечатлённые на материальном носителе отличном от объекта-оригинала. Для построения модели принято рассмотреть следующие признаки: температура нагрева, время нагрева. Классификация полученной модели по признакам: - модель существующего объекта; - по степени детализации – неполная; - по виду материального носителя – аналогическая физическая; - по языку описания – смешанная (вербальная, знаковая, математическая, компьютерная); - использованы критерии подобия при построении модели – условия выполнения физического и механического подобия. Подобие – взаимно однозначное соответствие между двумя объектами – оригиналом (натурой) и его моделью, при котором функции перехода от параметров, характеризующих один из объектов, к параметрам другого объекта, известны, а математические описания этих объектов могут быть преобразованы в тождественные. На мой взгляд, вторая теорема подобия может быть использована при построении данной модели. Вторая теорема подобия устанавливает математическую структуру уравнений, описывающих физические явления: функциональная зависимость между величинами, характеризующими явление, может быть выражена в виде зависимости между критериями подобия, составленными из этих величин. На примере приведения подобия обычного и инфракрасного ямочного ремонта можно вывести функциональную зависимость между нормами времени на ремонт ямы, которая может быть выражена в виде зависимости между критериями подобия, составленными из этих норм времени. Построение целевой функции Был произведен анализ данных, полученных при охлаждении слоя асфальтобетона, и данных, полученных методом конечных разностей. Эта работа была выполнена с целью оценки и улучшения уплотнения асфальтобетона в процессе строительства. Разработанная расчетная модель применена в настоящем исследовании для моделирования нагрева слоя асфальтобетона излучением, выраженная в виде формул конечных разностей, что позволяет моделировать влияние потока тепла от инфракрасного обогревателя. Данная модель была разработана на основе теории одномерного потока тепла внутри однородного твердого вещества (проводимость), которая описывается следующим уравнением с частными производными:  где  – температура,  – время,  – глубина,  – коэффициент теплопроводности материала. Коэффициент теплопроводности определяется по следующей формуле: где  – удельная теплопроводность,  – плотность материала,  – удельная теплоёмкость. Поток тепла изображен на рисунке 1, здесь инфракрасный обогреватель выполняет радиационную теплопередачу на поверхность покрытия (при этом само покрытие тоже излучает тепло наружу). Рисунок 1 – Поток тепла во время инфракрасного нагрева на верхнем слое покрытия Теплообмен между покрытием и окружающей средой из-за конвекции описывается законом Ньютона:  где  – поток тепла за счёт конвекции,  – коэффициент конвекции,  – площадь нагреваемой поверхности,  – температура воздуха.Нагрев покрытия выполняется за счет теплообмена излучением. Излучение представляет собой сильно нелинейный процесс. Теплообмен рассчитывается следующим образом:  где  – тепловой поток за счет радиационного нагрева,  – постоянная Стефана — Больцмана,  – коэффициент формы, – площадь поверхности,  – излучательная способность нагревательной установки,  – излучательная способность асфальта,  – температура нагревательного элемента, – температура асфальта. Это представляет собой суммарное количество тепла, посылаемого на покрытие с помощью инфракрасного нагревателя, что меньше потерь тепла покрытием посредством излучения в окружающую среду.С помощью данной формулы выполняется оптимизация на нагрев. Это дает экономию в затратах энергии и наибольшее уплотнение материала. За основу решения оптимизационных задач управления был выбран метод нелинейного программирования. Заключение Диссертация – квалификационная работа на присуждение академической или учёной степени и квалификации (степени) магистра, посвященная решению научной задачи или совокупности задач, объединённых общей целью, написанная лично выпускником магистратуры под руководством научного руководителя. Магистерская диссертация предоставляет возможность прошедшему курс обучения в магистратуре продемонстрировать в процессе ее подготовки и защиты, сформированные в результате обучения компетенции, приобретения знания, навыки и умения. Благодаря курсу «Методы решения научно-технических задач в строительстве» я узнал про описание моделей и постановке оптимизационных задач, при помощи которых я могу оптимизировать ремонтные работы, выполняемые при помощи инфракрасного нагрева. Это повысит прочность, качество и сократит сроки строительства, трудоемкость и расход ресурсов, а, следовательно, снизит экономическую составляющую, которая играет немаловажную роль в оптимизации строительства. Мною было выбрано решение оптимизационных задач управления методом нелинейного программирования. Список литературы 1. Nazzal, M. D., Kim, S., and Abbas, A. R. Заключение по результатам ямочного ремонта в зимний период. Подготовлено Министерством транспорта Огайо, 2014. 2. Pfeiffer, G.H.. Использование технологии радиочастотного измерения процесса охлаждения асфальтобетона. Предоставлено магистратурой университета Мэриленда, Колледж Парк, 2010. 3. USDOT, Ремонт асфальтобетонного покрытия на месте. Публикация FHWA-IF-06-011. Департамент транспорта США, 2005. 4. Uzarowski, L. Henderson, V. Инновационный метод инфракрасного ремонта трещин. Транспортная ассоциация Канады, Эдмонтон, Альберта. 2011. |