ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТОКА
НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ПО ИХ ИНТЕГРАЛЬНОМУ ТЕПЛОВОМУ
СПЕКТРУ
Введение 5
ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ НАПЫЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ 6
1.1 Краткие сведения о газотермических технологиях напыления
функциональных покрытий 6
1.2 Методы и средства диагностики газотермических потоков напыления
покрытий 8
1.3 Физические основы теплового излучения 9
1.4 Методы неразрушающего контроля 10
1.4 Приборы для регистрации спектра излучения 10
1.5 Обзор существующих решений 11
1.6 Обзор существующих средств для программной реализации 12
1.6.1 Язык программирования Java 14
1.6.1.1 Основные особенности языка 14
1.6.1.2 Основные возможности 15
1.6.2 Язык программирования С++ 15
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТОКА НАПЫЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПЕКТРА ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЧАСТИЦ 17
2.1 Математическая модель спектра теплового излучения частиц
газотермического потока напыления покрытий 17
2.2 Методика параметрической оптимизации представления температурного
распределения частиц 21
2.2.1 Функция в виде «параболы» 22
2.2.2 Функция в виде «треугольного» распределения 23
2.3 Разработка алгоритма программы 25
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА И ЕГО ТЕСТИРОВАНИЕ. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 32
3.1 Язык реализации Java и используемые библиотеки 32
3.1.1 Обоснование выбора языка Java в качестве инструмента реализации программного решения 32
3.1.1 Сравнение производительности выполнения математических расчётов
на Java и С++ 32
3.1.1.1 Измерение быстродействия расчётов на языке С++ 33
3.1.1.2 Измерение быстродействия расчётов на языке Java 33
3.1.2 Используемые библиотеки 34
3.1.2.1 Система автоматической сборки Gradle 35
3.2 Структурная схема и интерфейс программного комплекса 37
3.2.1 Интерфейс программы 39
3.2.1.1 Библиотека Swing 39
3.3 Тестирование и результаты работы программы 41
3.3.1 Метод наименьших квадратов 42
3.3.2 Тестирование и отображение результатов тестирования 43
Заключение
Литература
Приложение
Плазменное напыление[1] - это современный, высокотехнологичный метод создания покрытий с помощью плазменной струи на поверхности изделия. Сущность плазменного напыления заключается в том, что в высокотемпературную плазменную струю подаётся распыляемый материал, который нагревается, плавится и в виде двухфазного потока направляется на подложку. При ударе и деформации происходит взаимодействие частиц с поверхностью основы или напыляемым материалом и формирование покрытия. Создавая покрытие, изделие приобретает улучшенные физические и химические свойства, что существенно продлевает срок службы и живучесть изделия.
Плазменная струя [2] - это сгусток раскалённого вещества, в котором множество частиц имеет разные температуры. Анализируя температуры частиц в сгустке, возможно получение температурного спектра этих частиц.
Поскольку технологический процесс создания покрытия сложен и зависит от нескольких факторов, необходимы программные решения, позволяющие проводить анализ параметров этого процесса и их оптимизацию. Оптимизация параметров позволит существенно улучшить качество наносимого покрытия. Необходимо программное решение, анализирующее температурный спектр частиц в сгустке плазмы, определяющее функцию температурного распределения по этому спектру. На основании результатов анализа, произведенного программным решением, возможна оптимизация степени нагрева сгустка плазмы.
Цель работы: разработать программный комплекс, определяющий по интегральному тепловому спектру частиц их температурное распределение при напылении покрытий, проводящий оптимизацию введённых параметров.
Задачи: провести обзор существующих программных решений,
выбрать инструменты для разработки, разработать программное решение, протестировать разработанный продукт.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы была изучена предметная область - способы газотермического напыления покрытий на поверхность изделия. Был рассмотрен и изучен один из самых перспективных способов газотермического напыления - плазменное напыление. Было изучено, что такое спектр температурного излучения, температурное распределение. Была изучена методика расчета температурного распределения частиц в сгустке плазмы по их тепловому спектру.
Разработан алгоритм и блок-схема программы. Продумана архитектура для максимальной гибкости и возможности системы к добавлению нового функционала. Был выбран и изучен язык программирования для реализации программного решения.
Разработан кроссплатформенный программный комплекс на языке Java, который отвечает всем требованиям современного программного обеспечения и полностью решает поставленную задачу. Главными достоинствами разработанного решения являются: быстродействие, независимость от конкретной операционной системы, удобство и простота использования, автоматическая оптимизация подобранных параметров температуры, возможность построения графиков. Программа была протестирована. Все цели работы достигнуты.
