Управление процессом вулканизации на основе моделирования и оценки ключевых параметров модели
Аннотация
Решается задача выбора оптимальных параметров процесса вулканизации, обеспечивающая достижения требуемого качества резины. Обзор аналогичных задач показал, что решения реализуются на программной продукции зарубежного происхождения. Основная цель данного исследования — разработка эффективного отечественного программного продукта для расчета температурно-временного режима вулканизации многослойных изделий. Проведён системный анализ процесса, который показал, что неправильно подобранные параметры температуры и времени могут привести к неравномерной вулканизации слоев, тем самым к ухудшению свойств изделия или увеличению затрат на производство. В работе приведено модельное исследование процессов вулканизации, обеспечивающее завершенность процесса в центре многослойного изделия. Основными модельными компонентами являлись уравнения теплопроводности, кинетические уравнения, для которых выполнялась оценка параметров: предэкпоненциальных коэффициентов и энергии активации. Адекватность полученных результатов подтверждается численным экспериментом. На основе результатов моделирования разработано программное обеспечение для выбора управляющий параметров процесса. Архитектурные особенности программы заключаются в реализации модульного подхода. Основные модули позволяют проводить идентификацию параметров математических моделей и проводить имитационное моделирование процесса. Для реализации модуля определения кинетических параметров модели использовался язык программирования Python. Модуль реализован в виде пользовательского интерфейса, который обеспечивает взаимодействие исследователя с системой. Язык Python является кроссплатформенным и обладает большим набором библиотек для решения различных задач математического моделирования промышленных процессов. Модуль для расчета температуры и степени вулканизации для каждого слоя реализует алгоритмы, учитывающие динамику внутри изделия и кинетику химических реакций, связанных с вулканизацией. В результате моделирования, получены рекомендованные управляющие параметры процесса, которые способствуют снижению времени и ресурсов, затрачиваемых на процесс производства.
Скачивания
Литература
Silaev A. A., Frolova A. S. and Terentyev A. S. (2020) Automated vulcanization control system of rubber-technical publications. Naukosphere. No 6. P. 214–218.
Skomorokhova A. I. and Glebov A. D. (2023) The influence of heat released during vulcanization of a rubber mixture on reaction kinetics: a numerical study. Russian Journal of Applied Chemistry. Vol. 96, No 7. P. 757–761. DOI
Gordeyshy M. H. R. (2016) A modern review of mathematical and computer modeling of the rubber vulcanization process. Iranian Polymer Journal (English edition). Vol. 25, No 1. P. 89–109. DOI
Milani G., Milani F., Habieb A. B. and Cerchiaro R. (2022) Numerical simulation of the vulcanization process of an insufficiently elastic seis mic insulator. Proceedings of the AIP Conference, Rhodes, 2020, September 17–23. P. 300005. DOI
Tolstov A. M., Yurtsev L. N. and Veselov V. (2012) Calculation of the temperature-time dependence of vulcanization in the production of rubber tracks. Bulletin of the Lomonosov Moscow Art Institute. Vol. 7, No 6. P. 83–87.
Rabiei S., Shojai A. (2016) Kinetics of vulcanization and reversible properties of a mixture of natural rubber/styrene-butadiene rubber filled with nanodiamond-The role in the gray reflection system. Euro. Polym. J. 81. P. 98–113. DOI
Tikhomirov S. G., Karmanova D. V., Maslov A. A. [et al.] (2023) Modeling of thermal processes during vulcanization of multilayer rubber sections. In the device. No 3(273). P. 14–19.
Tikhomirov S. G., Maslov A. A., Karmanova D. V. [et al.] (2022) Software for the study of vulcanization processes of polymer compositions using mathematical modeling. Bulletin of the Tambov State Technical University. Vol. 28, No 4. P. 544–558. DOI pp.544-558
Tikhomirov S. G., Pyatakov Yu. V., Karmanova V. [et al.] (2017) Methodology for calculating the kinetics of the process of non-isothermal vulva-diseases of large barite departments. Chemical and oil and gas equipment-nostroenie. No 10. P. 9–12.
Tikhomirov S. G., Pyatakov Yu. V., Maslov A. A. and Karmanova D. V. (2018) Determination of thermophysical characteristics of vulcanized rubbers by mathematical modeling. Physical Journal: Conference series, Voronezh, December 18–20, 2017. Vol. 973. Voronezh: Publishing House of the Physical Institute, P. 012048. DOI
SciPy documentation-URL
The list of rating newsletters-URL
Lubura J., Kojic P., Pavlicevich J., Ikonic B., Balaban,D. and Bera Yes. (2023) A new approach to modeling and optimization of Polymer rubber vulcanization. 15. 1750. DOI
Abhilash P., Kannan K. and Varkey B. (2010) Simulation of the curing process of a rubber plate. Mater Science Eng, B 168:237-241. DOI
Jia Yu, Song S., Xue S., Liu L. and Zhao G. (2003). Numerical simulation of the vulcanization process of molded silicone rubber based on the analysis of thermal interaction. Technology and design of polymer plastics. 42 (5). P. 883–898. DOI
- Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
