93508704 pitanja i odgovori modeliranje ispit

86
Osnovna literatura: Jurković, M.: Matematičko modeliranje inženjerskih procesa i sistema, Tehnički fakultet, Bihać, 1999. Jurković, M.:Matematičko modeliranje i optimizacija obradnih procesa, Sveučilište u Rijeci, Rijeka, 2000. Jurković, M., Reinženjering proizvodnih poduzeća-razvoj i modernizacija proizvodnje, Tehnički fakultet, Bihać, 2011. Seminsrski računsko grafički rad: Modeliranje i simulacija procesa, mentor prof.dr. M. Juroković, Tehnički fakultet, Bihać, 2002. Jurković, M.: Eksperimentalna analiza naprezanja i deformacija / Eksperimentalne metode, 17. poglavlje, str. 279-347. u knjizi Doleček, V., Karabegović, I. , Martinović, D., Jurković, M., Blagojević, D., Bogdan, Š., Bijelonja, I., Elastostatika II, Tehnički fakultet, Bihać, 2004.

Upload: adnan-mustafic

Post on 10-Aug-2015

172 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

aaa

TRANSCRIPT

Page 1: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Osnovna literatura:

Jurković, M.: Matematičko modeliranje inženjerskih procesa i sistema, Tehnički fakultet,

Bihać, 1999.

Jurković, M.:Matematičko modeliranje i optimizacija obradnih procesa, Sveučilište u Rijeci,

Rijeka, 2000.

Jurković, M., Reinženjering proizvodnih poduzeća-razvoj i modernizacija proizvodnje,

Tehnički fakultet, Bihać, 2011.

Seminsrski računsko grafički rad: Modeliranje i simulacija procesa, mentor prof.dr. M.

Juroković, Tehnički fakultet, Bihać, 2002.

Jurković, M.: Eksperimentalna analiza naprezanja i deformacija / Eksperimentalne metode,

17. poglavlje, str. 279-347. u knjizi Doleček, V., Karabegović, I. , Martinović, D., Jurković,

M., Blagojević, D., Bogdan, Š., Bijelonja, I., Elastostatika II, Tehnički fakultet, Bihać, 2004.

Page 2: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

1. Kako koristiti teorijska znanja u praktične svrhe?

Matematičko modeliranje inženjerskih procesa i sistema ima veliko značenje u širokom

području tehničkih znanosti i praksi, kao i u svim drugim oblicima kvantitativnih istraživanja.

Moderna se znastvena misao temelji na uvjerenju da teorijske podloge i koncepti imaju realnu

osnovu ako se izražavaju u obliku kvantitativnih pokazatelja.. Tada je moguće teorijska

znanja efikasno koristiti u praktične svrhe.

2. Kako implementirati znanje u konkretan proizvod, proces ili sistem?

Teži se definiranju procesa i sistema u obliku matematičkog modela kako bi se ustanovio

kvantitativni odnos izmeĎu ulaznih i izlaznih varijabli obradnog procesa ili sistema. Ovo

otvara niz mogučnosti da se efekti kao izlazi iz procesa ili sistema mogu predstaviti na osnovi

promjene ulaznih varijabli u process ili sistem.

3. Što obuhvaća modeliranje i gdje se može implementirati?

Modeliranje u širem smislu obuhvaća sva područja čovjekova rada i stvaranja. Moguće

implementiranje je u optimizaciji obradnih procesa u području proizvodnog strojastva, a

moguća je implementacija i u drugim znastveno-stručnim područjima kao što su:

Procesna tehnika,

Energetika

Strojogradnja

Metalurgija

Elektrotehnika

Hidraulika

Termodinamika i dr.

4. Šta se podrazumijeva pod modeliranjem i šta je rezultat modeliranja?

Pod modeliranjem se podrazumijeva definiranje matematičkih modela i drugih prikaza koji su

neophodni za optimizaciju, simulaciju, revitalizaciju i upravljanje procesima i sistemima.

Modeliranje isto podrazumijeva poznavanje matematičkog modela procesa, što je prvi uvjet i

plazište za inoviranje i revitalizaciju procesa ili sistema.

Rezultat modeliranja i optimizacije obradnih procesa i sistema je jeftinija, kvalitetnija i

profitabilnija proizvodnja.

5. Koji su ciljevi modeliranja?

Ciljevi modeliranja su:

Povećanje proizvodnosti,

Povećanje Ekonomičnosti,

Povećanje Ukupne kvalitete proizvoda ili pojedinih segmenata kvalitete

Te smanjenje utroška materijala, energije, vremena obrade I troškova obrade po

jedinici proizvoda.

Page 3: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

6. Koje su teškoće u primjeni analitičkih modela?

Kod analitičkog modela definiranje dovoljno pouzdanih matematičkih modela je vrlo složeno

i zahtijeva puno aproksimacija, a teškoća leži u tome što na kraju utiče na tačnost dobivenog

rezultata.

7. Zašto se izvodi modeliranje i šta je svrha?

Osnovna svrha modeliranja je definiranje matematičkih modela koji će u odgovarajućem

stupnju točnosti adekvatno opisati proces ili sistem u cilju: simulacije varijantnih rješenja,

analize i prognoziranja stanja procesa još u fazi projektiranja definiranja matematičkih modela

koji su neophodni za optimizaciju procesa i iznalaženje optimalnih rješenja izgradnje modela

upravljanja za dati sistem, odnosno objekt optimizacije znanstvenih istraživanja ili praktične

primjene u realnim procesima. (Knjiga Matematičko modeliranje...,strana 6, 1.1 Svrha i cilj

modeliranja)

8. Šta prethodi tehnološkoj i ekonomskoj optimizaciji procesa?

Tehnološko oblikovanje i projektiranje modernih procesa obrade zahtjeva analizu svih

tehničko-tehnoloških parametara procesa i primjenu znanstvenih metoda u cilju modeliranja i

definiranja optimalnih uvjeta obradnih procesa i sistema, u cilju optimizacije, ekonomičnosti,

smanjenja utroška materijala itd. Da bi se navedeni ciljevi ostvarli potrebno je djelovati u

pravcu:

implementiranja novih i usavršavanje postojećih metoda i postupka obrade

projektiranja i primjene visokoproizvodnih postupaka obrade i obradnih sistema

primjene znanja u procesu projektiranja i optimizacije postupka obrade, što zahtjeva

definiranje pouzdanih matematičkih modela

razvoja i primjene eksperimentalnih metoda revitalizacije proizvodnih tehnologija i

proizvoda

stalnog inoviranja i revitalizacije proizvodnih tehnologija i proizvoda

definiranja empirisko-analitičkih i drugih modela potrebnih za optimizaciju i

simulaciju procesa i sistema u fazi projektovanja

(Knjiga Matematičko modeliranje...,strana 5, 1 Uvod)

9. Zašto su potrebni pouzdani matematički modeli?

Zbog sve veće tržišne konkurencije svaki proizvod treba proizvesti kvalitetno, jeftino i na

vrjeme, što zahtjeva definiranje i realiziranje optimalnog procesa obrade, a ne bilo kakvog.

Zato primjeni optimalne tehnologije u datom procesu obrade uvjek treba predhoditi izgradnja

dovoljno točnoga i pouzdanoga matematičkog modela, jer je to uvjet postojanja skupa

viševarijantnih rješenja iz kojih je moguće definirati optimalno. (Knjiga Matematičko

modeliranje...,strana 7, 1.2 Značenje izgradnje pouzdanih matematičkih modela)

Page 4: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

10. Koja je razlika između klasičnog i modernog procesa rada?

Razlika izmeĎu klasičnog i modernog procesa obrade-rada prikazana je na slici, kod klasičnog

procesa obrade izostavljena je optimizacija i modeliranje, a tehno-ekonomska karakteristika

ne mjenja se, dok kod modernog-savremenog procesa obrade dolazi do optimizacije i

modeliranja procesa obrade a tehno-ekonomska karekteristika teži jedinici.

Slika Procesi obrade, a. konvencionalni, b. suvremeni-optimizirani

11. Kako se mogu unaprijediti klasični-konvencionalni procesi rada i koje su koristi od toga?

Tehnologije obrade koje se primjenjuju niz godina u odreĎenom konvencionalnom-

standardnom obliku mogu se primjenom odgovarajućih metoda modeliranja inovirati bez

znatnijih financiskih ulaganja, ali uz korištenje znanja i informatičkih tehnologija. (Knjiga

Matematičko modeliranje...,strana 7, 1.2 Značenje izgradnje pouzdanih matematičkih modela)

12. Koje su osnovne metode modeliranja?

Osnovne metode modeliranja mogu biti determinističke i stohastičke.

Kod determinističkog procesa obrade postoji jednoznačna ovisnost izlaznih (upravljanih)

veličina od ulaznih veličina tako da deterministički matematički model ne sadrži

poremećejne veličine (poremećajnu veličinu ) pa model procesa

ili sistema ima oblik:

Blok shema determinističkog modela

Page 5: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Deterministički model često predstavlja približan i pojednostavljen matematički opis realnog

procesa, meĎutim osnovna obilježija svakog realnog objekta ili procesa obrade su skoro

redovito stohastička.

Stohastički modeli dolaze u obzir kada u procesu obrade ili sistemu postoji znatan utjecaj

nekontroliranih- poremećajnih slučajnih faktora .

Blok shema stohastičkog modela

U analizi istraživanja procesa i sistema mogu biti primjenjene neke od sljedećih metoda

modeliranja:

Analitičko

Stohastičko

Dimenzionalno

Numeričko

Računalno-grafičko

Fizikalno

Analogno

Misaono

Page 6: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

13. Koja je razlika između determinističkog i stohastičkog modela (prikazati)?

Kod determinističkog procesa obrade postoji jednoznačna ovisnost izlaznih veličina od

ulaznih veličina , tako da deterministički model ne sadrži poremećajne veličine .

Model procesa ili sistema ima oblik:

Blok shema determinističkog modela

( ) uz ograničenje:

( )

ili u eksplicitnom obliku uz isto ograničenje : ( ).

Deterministički model često predstavlja približan i pojednostavljen matematički opis realnog

procesa. MeĎutim, osnovna obilježja svakog realnog objekta ili procesa obrade su skoro

redovito stohastička. To znači, ako se želi dobiti i tačan matematički opis nekog realnog

procesa ili sistema, mora se opis definirati u obliku stohastičkog modela.

Prema tome, deterministički model može se koristiti, samo, kada se stohastička obilježja u

realnom procesu ili sistemu manjeg intenziteta ili kada se želi približan ili pojednostavljen ali

dovoljno tačan matematički opis stohastičkog procesa ili sistema.

Stohastički modeli (empirijsko-statistički) dolaze u obzir kada u procesu obrade ili sistemu

postoji znatan utjecaj nekontroliranih-poremećajnih slučajnih faktora .

Tako opći matematički model stohastičkog procesa glasi:

( ) uz ograničenje:

( )

ili u eksplicitnom obliku: ( ).

Page 7: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Blok shema stohastičkoga modela

14. Kako se izražava deterministički model?

Deterministički model se izražava pomoću različitih matematičkih struktura, kao što su:.

algebarske

obične diferencijalne,

parcijalne,

integralne i dr. jednačine.

15. O kakvom se matematičkom modelu radi kad neobuhvaćeni parametri ne utječu na izlazne parametre i kada svakom skupu ulaznih parametara odgovara jednoznačno skup izlaznih parametara?

Ako neobuhvaćeni parametri ne utječu na izlazne parametre procesa (varijanta kada se u

pravilu može razmatrati kao čisto hipotetički skup) i ako svakom konkretnom skupu

obuhvaćenih ulaznih parametara odgovara jednoznačno odreĎeni skup izlaznih parametara,

tada se govori o determinističkom matematičkom modelu procesa.

Page 8: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

16. Koje sve postoje metode modeliranja procesa i sistema?

17. Koji je glavni značaj stohastičkog modeliranja?

Stohastičko modeliranje koristi eksperimentalne rezultate i metode matematičke statistike.

Ovakvi su modeli veoma korisni u mnogim inženjerskim i znanstvenim istraživanjima

(procesi obrade, obradni sistemi, tribološki procesi, tačnost i kvaliteta obrade, minimizacija

utroška energije, materijala i vremena obrade, procesno inženjerstvo, toplinski procesi itd).

Suvremeni pristup modeliranju temelji se na povezivanju teorije i eksperimenta. Osnovna

karakteristika stohastičkog modela je visok stupanj pouzdanosti i tačnosti uz znatne troškove

modeliranja, radi potrebne pripreme i realizacije eksperimenta.

18. Kako se dobiju matematički modeli dimenzionalnim modeliranjem?

Dimenzionalno modeliranje se koristi u mnogim područjima kao što su: hidrotehnika,

aerotehnika, hemijska i procesna tehnika, termodinamika, procesi obrade itd. Teorija

dimenzionalnosti, iako ima prostu proceduru primjene, još uvijek je nedovoljno iskorištena u

modeliranju i analizi procesa, posebno kod proizvodni procesa i sistema. Dimenzionalnim

modeliranjem se dobiju matematički modeli sastavljeni od bezdimenzionalnih veličina i

eksponenata koji se obrade korištenjem eksperimentalnih rezultata. Dakle i kod modeliranja

primjenom teorije dimenzionalnosti eksperimentalno je istraživanje osnova za definiranje

matematičkih modela u obliku koji će biti pogodan za praktičnu primjenu.

METODE MODELIRANJA

Analitičke Numeričke Stohastičke Računalno -

grafičke Dimenzional

ne Fizikalne Analogne Misaone

Page 9: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

19. Gdje i zašto se koristi numeričko modeliranje?

Numeričko modeliranje se koristi za:

- modeliranje naprezanja i deformacija u području elastičnih, elasto-plastičnih i

plastičnih deformacija,

- proračun sila opterećenja sistema i alata,

- simulaciju procesa i

- izbor optimalne konstrukcije ili varijante procesa obrade.

Uz pomoć ove metode moguće je definirati matematičke modele i izvesti simulacije rješenja

bez provedbe eksperimentalnih istraživanja i izrade prototipnih sistema, što znatno skraćuje

vrijeme proračuna, analize, projektiranja procesa i pojeftinjuje poslove koji prethode

aplikaciji.

20. Šta je osnovni cilj modeliranja, šta se definira modeliranjem i kako se prikazuju ovisnost parametara?

Osnovni cilj modeliranja je definiranje matematičkih modela i drugih prikaza koji su

neophodni za optimizaciju, simulaciju, revitalizaciju i upravljanje procesima i sistemima.

Ili drugim riječima, osnovni je cilj izgradnja matematičkih modela koji će u odgovarajućem

stanju tačnosti adekvatno opisati process ili sistem, u cilju:

- Simulacije varijantnih rješenja, analize i prognoziranja stanja procesa još u fazi

projektiranja,

- Definiranja matematičkih modela koji su neophodni za optimizaciju procesa i

iznalaženje optimalnih rješenja,

- Izgradnje modela upravljanja za dati sistem, tj. objekt optimizacije,

- Znanstvenih istraživanja i/ili praktične primjene u realnim procesima.

Page 10: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

21. Koji su glavni koraci algoritma razvoja matematičkog modela?

Opći algoritam razvoja matematičkog modela

POČETAK

Formalizirano opisivanje

procesa

Identifikacija mikro procesa

Analiza ulazno-izlaznih parametara

UtvrĎivanje skupa Xi Zi Yi

i=1,2,3,...

Definiranje granice parametara

Matematičko opisivanje

procesa

Formiranje matematičkog modela

mikro procesa

Sinteza matematičkih modela mikro

procesa

Analiza adekvatnosti i pouzdanosti

matematičkog modela

Definiranje algoritma

Ispitivanje toka funkcije

Rješavanje sistema jednadžbi

Računalo

Računalo

Page 11: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

22. Šta podrazumjeva matematičko opisivanje realnog procesa ili sistema?

Matematičko opisivanje realnog procesa obrade podrazumijeva matematičko opisivanje svih

elementarnih procesa prikazanih u obliku funkcija i jednadžbi (funkcija postojanosti alata,

funkcija istrošenosti alata, funkcija otpora u procesu obrade, funkcija kvalitete obraĎene

površine,…), sintezu matematičkih modela pojedinih elementarnih procesa u jedinstveni

matematiki model te njihovo povezivanje definiranjem dodatnih punkcija.

23. Kako se izvodi identifikacija parametara procesa?

Identifikacija parametara procesa i sistema izvodi se analizom procesa na temelju poznatih

teorijskih podataka o konkretnom procesu ili sličnom procesu kada je konkretni proces

nedovoljno poznat.

Identifikacija parametara procesa može se izvesti i eksperimentalnim putem kada se iz

ukupnog skupa identificiranih utjecajnih parametara izabere jedan broj parametara koji se

definiraju kao nezavisno promjenjive ulazne veličine (Xi), a ostali se parametri, iako mogu

biti nezavisno promjenjive veličine u postupku modeliranja, tretiraju kao konstante.

ULAZNE KARAKTERISTIKE IZLAZNE

KARAKTERISTIKE PROCESA KARAKTERISTIKE

Sl. Analiza i identifikacija parametara procesa obrade

OBRADAK

(materijal, stanje

oblik)

ALAT

(materijal, vrsta,

geometrija)

STROJ

(tačnost, snaga,

pogon, upravljanje)

TRIBOLOGIJA

(sredstvo za

hlaĎenje i

podmazivanje)

VRSTA PROCESA

OBRADE (tokarenje, glodanje, bušenje,

izvlačenje, istiskivanje,

zavarivanje, ...)

UVJETI PROCESA

OBRADE (brzina, posmak, dubina,

temperatura, deformacija,

postojanost, trenje,...)

Dinamika procesa (ukupne i

specifične sile, momenti)

Energetika procesa (utošak, stupanj

iskoristivosti)

Otpornost trošenju (temperatura,

trenje, trajnost)

Geometrija obraĎene površine i

tačnost oblika

Kvaliteta obraĎene površine,

hrapavost

Otpadak materijala, oblik, stupanj

iskoristivost, poteškoće

Vrijeme obrade, troškovi direktnog

i indirektnog živog rada

Page 12: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

24. Prikaži identifikaciju ulaznih i izlaznih parametara procesa određenom blok šemom.

Identifikacija parametara procesa obrade skidanjem strugotine

Blok shema ovisi o vrsti procesa obrade, broju utjecajnih parametara, cilju istraživanja i

složenosti pretpostavljenog modela.

25. O čemu ovisi blok šema procesa?

Blok shema procesa ovisi o vrsti procesa obrade, broju utjecajnih parametara, cilju

istraživanja i složenosti pretpostavljenog modela. Izlaznih parametara procesa može biti više

ili samo jedan, što ovisi od postavljenog cilja modeliranja.

26. Kako se vrši izbor tipa modela i koji su modeli najbolji?

Do modela se može doći na različite načine , meĎutim osnovno je pitanje u kojoj mjeri taj

odabrani model adekvatno opisuje stanje procesa obrade.

Osnovni tipovi matematičkih modela su deterministički i stohastički.U smislu odabira

osnovnog tipa matemtičkog modela izbor zavisi o omjeru utjecaja slučajnih varijabli.

PROCES

A

g

v

s

a

γ

α

κ

λ

ε

r

O

Elementi

režima

obrade

G

B, T

Fi(i=1, 2, 3)

A

Ra

θ

OS

S M SHP

Konstante

Za

visn

o p

rom

jen

jive

izl

azn

e ve

liči

ne

Nez

avi

sno

pro

mje

nji

ve

ula

zne

veli

čin

e

Page 13: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Pri izboru modela za aproksimaciju eksperimentalnih rezultata traže se modeli koji najbolje

opisuju realni proces ili sistem. Funkcija modela može biti, prava linija, parabola drugog ili

trećeg reda, hiperbola, logaritamska funkcija

Za izbor tipa modela ne postoji opšte pravilo već da za svaki istraživački proces ili sistem

treba izabrati model a zatim izvršiti provjeru njegove tačnosti i adekvatnosti u odnosu na

realni proces.

Sliku 2.7 primjeri izbora matematičkog modela ovisno o grupiranju eksperimentalnih

rezultata.

27. Šta je induktivni, a što deduktivni put u razradi matematičkih modela?

Postoji više načina da se izgradi model sistema, od kojih su najznačajniji sljedeći pristupi:

1. Deduktivni pristup (polazi od opšteg ka posebnom).

2. Induktivni pristup (za razliku od prethodnog, polazi od posebnog da bi se došlo do

opšteg).

Deduktivni pristup: Ovaj pristup pretpostavlja primjenu opštih iskustava koja su stečena

prilikom modeliranja različitih specifičnih procesa. Uz to, pristup koristi i prethodno znanje o

razmatranom procesu, koje se zasniva na poznavanju fizičkih zakona koji definišu

matematičke relacije izmeĎu relevantnih varijabli u idealizovanom modelu procesa sa

idealizovanim fizičkim komponentama. Na primer, u idealizovanim fizičkim komponentama

tijelo odgovarajuće mase se tretira kao tačkasto, uz zanemarivanje njegovih dimenzija, protoci

su laminarni, koncentracije su homogeno raspodeljene u rezervoaru, mješavine su idealne i

sl. Fizički zakoni se obično izražavaju u obliku algebarskih i/ili diferencijalnih jednačina.

Induktivni pristup: U opštem slučaju se ne raspolaže sa dovoljno apriornog znanja da bi se

parametri u usvojenoj strukturi modela procenili adekvatno. U takvim situacijama koriste se

tehnike parametarske identifikacije sistema, koje koriste mjerenja ulaza i izlaza sistema da bi

estimirale (procijenile) vrijednosti parametara u modelu. Postupak identifikacije zasniva se i

na nekim dodatnim pretpostavkama, kao što su, na primjer, klasa linearnih modela, selekcija

ulazno/izlaznih varijabli, red modela i sl. Sam postupak pribavljanja informacija o sistemu

Page 14: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

naziva se indukcija. U navedenom slučaju postavlja se prirodno i pitanje izbora kriterijuma za

poreĎenje različitih modela u uslovima kada su mjerenja na procesu prisutna.

Ponekad je moguće da se model sistema izvede samo na osnovu deduktivnog pristupa,

koristeći odgovarajuće fizičke zakone i procenjene vrijednosti parametara, na bazi fizičkih

gabarita. Takav model naziva se “bijeli” model ili “white-box” model.

U nekim slučajevima ne postoji adekvatno apriorno znanje o realnom procesu, te model

mora da se postavi na osnovu raspoložive mjerne informacije o ulazu i izlazu sistema, ne

posjedujući adekvatnu informaciju o internoj strukturi i internim relacijama u sistemu. Tako

izveden model naziva se “crni model” ili “black-box” model. IzmeĎu ova dva granična

slučaja nalazi se model u formi sive kutije ili “gray-box” model, koji je u sebe uključio svu

moguću raspoloživu apriornu informaciju o realnom procesu.

28. Pri definiranju analitičkog matematičkog modela šta je izvor informacija i što prethodi opisivanju procesa?

Kod analitičkog modeliranja i definiranja analitičkih matematičkih modela (AMM) polazni

objekt promatranja i izvor informacija nije uvijek realni proces, već neka apstrakcija u vidu

integralnog ili asimptotskog matematičkog modela. Tačnost AMM se može prihvatiti samo

poreĎenjem dobivenih analitičkih i eksperimentalnih vrijednosti istraživanih parametara

procesa ili sistema. Matematičkom opisivanju svakog procesa prethodi faza idealizacije tj.

uprošćivanja stvarnog procesa.

29. Koje su osnovne faze analitičkog opisivanja procesa?

Analitičko modeliranje je postupak definiranja jednadžbi stanja procesa ili sistema u obliku

matematičkih formulacija s primjenom nužnih aproksimacija I pojednostavljenja kako bi se

process modeliranja doveo do cilja I dobio prikladan model za inženjersko-tehničku praksu.

Osnovni koraci su:

- definiranje ulaznih tehnoloških parametara,

- podjela ulaznih tehnoloških parametara na obuhvaćene i neobuhvaćene

- podjela obuhvaćenih tehnoloških parametara na promjenjive i konstante u okviru

promatranog modela,

- definiranje jednadžbe veze ulazno-izlaznih parametara procesa,

- izbor i primjena konkretnih analitičkih i fizikalnih zakona koji odreĎuju jednadžbu

veze

- rješenje sistema jednadžbi veze

- ispitivanje i provejra tačnosti i pouzdanosti modela.

Page 15: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

30. Šta sadrži blok šema algoritma razrade analitičkog modela?

Algoritam razrade analitičkog modela sadrži:

1. Početak

2. Informacije o općim zakonima procesa obrade i informacije prethodnih istraživanja

i intuitivni zaključci.

3. Skup utjecajnih ulaznih tehnoloških faktora

4. Blok formiranih varijabli i konstanti, odnosno izabrani faktori

5. Jednadžbe veze ulaznih i izlaznih faktora, izbor odgovarajućih fizikalnih i

konkretnih zakona

6. Sumu ulaznih fizikalnih faktora

7. Znanstvena informacija o metodama realiziranja

8. Rješenje sistema jednadžbi

9. Empiričke informacije i razvijanje modela (konkretni analitički zakon)

10. Provjera tačnosti (pouzdanosti) modela

11. Ispis modela

12. Kraj

31. Kako nastaje analitički model?

Analitičko modeliranje je postupak definiranja jednadžbi stanja procesa ili sistema u

obliku matematičkih formulacija s primjenom nužnih aproksimacija i pojednostavljenja

kako bibse proces modeliranja doveo do cilja i dobio prikladan model za inžinjersko –

tehmičku primjenu.

Kod analitičkog modeliranja i definiranja analitičkih matematičkih modela (AMM)

polazni objekt promatranja i izvor informacija nije uvijek realni proces, već neka

apstrakcija u vidu integralnog ili asimptotskog matematičkog modela. Matematičkom

opisivanju svakog procesa prethodi faza idealizacije, tj. uprošćivanja stvarnog procesa.

Ipak, kao i svaki model, i matematički model treba što bolje održavati realni ili

pretpostavljeni proces, s tim da s matematičkog stajališta bude upotrebljiv. Osnovni su

koraci matematičkog opisivanja procesa obrade:

- Definiranje ulaznih tehnoloških parametara

- Podjela ulaznih tehnoloških parametara na obuhvaćene i neobuhvaćene

- Podjela obuhvaćenih tehnoloških parametara na promjenljive i konstantne u okviru

promatranog modela

- Definiranje jednadžbe veze ulazno – izlaznih parametara procesa

- Izbor i primjena konkretnih analitičkih i fizikalnih zakona koji odreĎuju jednadžbu

veze

- Rješenje sistema jednadžbi veze

- Ispitivanje i provjera tačnosti i pouzdanosti modela

Page 16: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

32. Šta se koristi za linearizaciju matematičkog analitičkog modela i kako se to izvodi?

Za odreĎivanje lineariziranog matematičkog modela koriste se prvi članovi Taylorova ili

Mac-Laurinova reda. Pretpostavka je da su ispunjeni uvjeti za linearizaciju funkcije sile

rezanja F, tj. da je funkcija f(x) = f(F) neprekinuta i diferencijabilna u odgovarajućem

području.

Mac- Laurinov red:

( ) ( ) ( )

( )

( )

odnosno Taylorov red:

( ) ( ) ( ) ( )

( )

( )

33. Šta je empirijsko – statističko modeliranje?

Radi dobijanja pouzdanog matematičkog modela vrši se statistička obrada

eksperimentalnih podataka. Kada se u modelu koriste empirijski podaci kao rezultat se

dobiva eksperimentalni matematički model, odnosno stohastički model.

Procesi obrade su kao i drugi procesi u tehnici stohastičkog karaktera pa se koristi

empirijsko – statističko modeliranje, koje daje tačnije rezultate u odnosu na druge metode

modeliranja. Stohastički ili empirijsko – statistički model polazi od opće funkcije izlazne

karakteristike procesa:

( ) ( )

34. Kako izgleda funkcija signifikantnih i nesignifikantnih parametara i šta su oni?

Prethodna funkcija se nakon selekcije poremećajnih (nesignifikantnih) dijelova → može

rastaviti na dvije funkcije:

( ) ( )

ili

( ) ( )

( ) - funkcija kontroliranih (signifikantnih) parametara

Page 17: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

( ) - funkcija nekontroliranih (nesignifikantnih) parametara

Definira i slučajnu grešku eksperimentalnog ispitivanja, odnosno slučajnu

grešku mjerenja.

35. Šta sadrži šema razrade stohastičkog modela?

Šema razrade stohastičkog modela sadrži:

- Informacije o objektu istraživanja

- Eksperiment

- Matematičku teoriju plana eksperimenta

- Slučajne eksperimentalne podatke

- Matricu eksperimenta

- Realizaciju

- Analizu i obradu rezultata

- Definiranje modela

- Provjeru adekvatnosti

- Ispis modela

36. Postupak razrade stohastičkog matematičkog modela (od početka do ispisa modela).

- Identifikacija skupa svih parametara ( )

procesa ili sistema

- Iz ( )

izdvajaju se promjenljivi parametri , a oni se dijele na

– regulirani

parametri i na - neregulirani parametri

- OdreĎuju se granice variranja parametara u uvjetima realnog procesa ili sistema

- Nakon toga se odlučuje o metodi izvoĎenja eksperimenta (pasivni ili aktivni)

- Ako se promjena izvodi po unaprijed utvrĎenom planu, onda je eksperiment aktivni

- Slučajne oscilacije na granicama

ne utječu na

- Ako nije moguća realizacija matrice eksperimenta, koriste se slučajni eksperimentalni

podaci, pri čemu se nesistematski izvodi kombinacija promjenljive veličime i .

Tada je dobro smanjiti tehnološke zahtjeve, te dopustiti oscilacije parametara u

širim granicama, nego je to slučaj u realnom procesu.

- Postupak se završava obradom prikupljenih eksperimentalnih podataka i provjerom

adekvatnosti dobivenog modela.

(Šema je prikazana u knjizi prof. dr. Jurkovića, str. 45.)

37. Šta su slučajne varijable, koje su njihove osobine i kako se uključe u model?

Slučajne varijable su nekontrolirani poremećajni faktori koji se javljaju u procesu ili

sistemu.

Stohastički model dolazi u obzir kada u procesu obrade ili sistemu postoji znatan utjecaj

tih faktora.

Slučajne varijable se nazivaju još i stohastičke varijable.

Page 18: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

38. Kakav može biti eksperiment za formiranje stohastičkog modela i koja je razlika između njih?

Razrada stohastičkog modela temelji se na statističkoj obradi eksperimentalnih podataka.

Metode definiranja stohastičkih modela mogu biti utemeljene na obradi slučajnih

eksperimentalnih podataka koada uvjeti eksperimenta nisu programirani (pasivni eksperiment)

i na obradi podataka kada su uvjeti eksperimenta programirani primjenom matematičke teorije

planiranja eksperimenta (aktivni eksperiment).

Prednost prve metode je mogućnost razrade matematičkog modela procesa bez

promjene postojećeg režima rada sistema ili procesa. Pasivni eksperiment se obično

primjenjuje za determinirane pojave, gdje model vrlo često predstavlja približan opis realnog

procesa. Kvaliteta aproksimacije podataka pasivnog eksperimenta uglavnom ovisi od izbora

tipa jednadžbe aproksimacije. Ovako dobivene aproksimativne jednadžbe često ne

zadovoljavaju usvojene kriterije tačnosti modela. Zbog toga se znatno više koriste aktivni

eksperimenti.

Drugom metodom se definira tačni matematički model s minimalnim brojem

eksperimentalnih podataka, što se postiže programiranom promjenom ulaznih parametara s

unaprijed utvrĎenim granicom variranja u uvjetima realnog procesa.

39. Kako se izvodi identifikacija parametara za formiranje stohastičkog modela (prikazati korak po korak)?

Definiranje stohastičkog modela počinje identifikacijom skupa svih parametara .

Iz tog skupa ( ) izdvajaju se promjenljivi parametri , a oni se dijele na regulirani

parametri i na - neregulirani parametri.

Zatim se odreĎuju se granice variranja parametara u uvjetima realnog procesa ili sistema

Nakon toga se odlučuje o metodi izvoĎenja eksperimenta (pasivni ili aktivni)

40. Postupak obrade rezultata eksperimenta.

Obrada rezultata eksperimenta je završni dio eksperimentalnog istraživanja, a sastoji seiz

provjere podataka, odreĎivanja greške eksperimenta ili njenog mjerila, provjere hipoteze

isreĎivanje rezultata u obliku u kome će biti prikazani. Pri ovome se teži da se iz

rezultatadobije što više informacija i da su one što vjerodostojnije.U inženjerskim

eksperimentima se najčešće zahtijeva kvantitativno prikazivanje rezultatau obliku funkcije ili

grafikona, što omogućuje savremena računarska tehnika.

41. Postupak obrade rezultata stohastičkog eksperimenta.

Slika obrade rezultata stohastičkog eksperimenta, dr. prof. M. Jurković, str. 46.

1. Početak

2. Izbor oblika matematičkih modela i proračun koeficijenata regresije

3. Proračun disperzije paralelnih eksperimenata

4. Provjera homogenosti disperzija po kriteriju Cochran-a:

Ukoliko uvjet homogenosti disperzija nije ispunjen, vraćamo se na 2.

Ukoliko je uvjet homogenosti disperzija ispunjen, prelazimo na 5.

Page 19: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

5. Izračunavanje greške eksperimenta

6. Proračun disperzije koeficijenata regresije

7. Provjera značajnosti b, po kriteriju tudenta:

Ukoliko uvjet po Studentu nije ispunjen, vraćamo se na 2.

Ukoliko je uvjet po Studentu ispunjen, prelazimo na 8.

8. Provjera disperzije adekvatnosti i kriterija Fisher-a

9. Provjera adekvatnosti modela po kriteriju Fisher-a:

Ukoliko uvjet po Fisheru nije zadovoljen, vraćamo se na 2.

Ukoliko je uvjet po Fisheru zadovoljen, prelazimo na 10.

10. Model je adekvatan

11. Kraj.

42. Šta je homogenost disperzije eksperimenta, kako se ispituje i koji su potrebni podaci?

Provjera homogenosti disperzije eksperimenta se izvodi nakon eksperimenta.

Ponavljanjem eksperimenta pri konstantnim vrijednostima ulaznih parametara može se

utvrditi razlika u dobivenim numeričkim izlaznim vrijednostima.

Promjenom vrijednosti ulaznih parametara i ponavljanjem eksperimenta dobije se matrica

rezultata izlaznih vrijednosti.

Provjera homogenosti disperzije za odreĎeni nivo pouzdanosti izvodi se po Cochranovu

kriteriju:

( )

- tablična vrijednost po Cochranovu kriteriju za stupnjeve slobode .

- stupanj slobode

– broj ponavljanja u uzorku, N – broj uzoraka

Page 20: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

43. Što je provjera homogenosti disperzije eksperimenta i kako se izvodi? Provjera homogenosti disperzije eksperimenta izvodi se pomoću Cochranova i Fisherova

kriterija.

Cochranov kriterij:

Kh = max Sj² / 1j

Nsj² ≤ Kt (fj,N) gdje je:

Kt – tablična vrijednost po Cochranovu kriteriju za stupnjeve slobode fj i N

fi – stupanj slobode (fj = nj – 1)

nj – broj ponavljanja u uzorku

N – broj uzoraka

Fisherov kriterij:

F = S1² / S2² ≤ Ft (f1,f2) ili F = S2² / S1² ≤ Ft (f2,f1)

Ft – tablična vrijednost po kriteriju Fishera za stupnjeve slobode f1 i f2 ili f2 i f1

f1 = (n1-1) – stupanj slobode prvog uzorka

f2 = (n2-1) – stupanj slobode drugog uzorka

44. Pomoću čega se provjerava homogenost varijanci i kako? Provjera homogenosti varijanci se izvodi pomoću Fisherovog kriterija za distribucije koje su

približno normalne. Po ovom kriteriju usporeĎuju se disperzije za dvije serije mjerenja i za

slučaj da su dobiveni rezultati slučajni, nezavisni i normalno rasporeĎene veličine. Ako je

disperzija prve serije σ1², a druge serije σ2², odnosno varijance S1² i S2² tada je za F-razdiobu

i stupnjeve slobode (n1-1) i (n2-1):

F =

22

2

2

2

1

2

1

S

S

= 22

21

S

S

Page 21: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

45. Kako se odredi stupanj slobode eksperimenta ako je broj pokusa od 1...N i ako su po tri ponavljanja u svakome pokusu? Ukupni stupanj slobode fE greške eksperimenta ovisi o načinu ponavljanja pokusa. Tako za

procjenu greške eksperimenta za broj pokusa od 1...N i ako su po tri ponavljanja u svakome

pokusu ide:

2. JEDNAKO PONAVLJANJE MJERENJA n1 = n2 = ... = nj = nN

suma kvadrata: 2

1 1

)(

N

j

n

ijji yy

ukupan stupanj slobode fE = N(n-1)

Za naš primjer bi bilo n=3 » fE = N(n-1) = N(3-1) = 2N

46. Kako se izvodi ocjena greške eksperimenta?

Standardna devijacija ili kako se još naziva standardna greška služi za računsku ocjenu

tačnosti obavljenih mjerenja:

σ = 2

1

)(1

yyn

n

ii

47. Kakva sve mogu biti ponavljanja mjerenja i zašto se izvode?

Pri izvoĎenju eksperimenta broj ponavljanja mjerenja i može biti jednak ili različit u svih j

uzoraka, što ovisi o planu eksperimenta. Tako imamo:

1. različito ponavljanje mjerenja n1 ≠ n2 ≠ ... ≠ nj ≠ nN

2. jednako ponavljanje mjerenja n1 = n2 = ... = nj = nN

3. ponavljanje samo u jednoj tački eksperimenta j=1

4. ponavljanje u jednoj tački (i) puta

Izvodi se zbog odreĎivanja sume kvadrata i ukupnog stupnja slobode fE.

Page 22: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

48. Kako se odredi varijanca greške (proračun greške) eksperimenta? Varijanca greške mjerenja eksperimenta određuje se izrazom:

S² =

E

N

j

n

ijji

f

yy 2

1 1

)(

σ2n

Page 23: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

49. Šta je područje pouzdanosti i šta znače granice pouzdanosti (prikazati ćemu)?

Područje pouzdanosti je područje izmeĎu granica pouzdanosti. Granice pouzdanosti

podrazumijevaju granicu, unutar koje se može s odabranom statističkom vjerovatnošću P i uz

pretpostavku normalne razdiobe grešaka, očekivati stvarna vrijednost izmjerene veličine.

Šematski se može prikazati:

Grafički se može prikazati na sljedeći način:

50. Objasniti i prikazati metodu najmanjih kvadrata i njenu primjenu!

Metoda najmanjih kvadrata jedna je od metoda teorije grešaka koja se koristi za

ocjenu nepoznatih veličina na temelju rezultata mjerenja. Može se koristiti i za približno

predstavljanje unaprijed zadane funkcije ili analizu eksperimentalnih podataka.

Regresijska analiza ima zadatak da pronaĎe metodu za odreĎivanje vrijednosti

koeficijenata β0 i β1 regresijske funkcije υ(x) prave linije: yi = β0 + β1xi + εi, za i = 1, 2, ... n, a

osigurava optimalnu aproksimaciju promjene veličine X pomoću funkcije υ(x). Odnosno

traži se ona linija koja najbolje aproksimira eksperimantalne rezultate iz grupe mogućih

regresijskih pravih linija.

To se može prikazati:

Granice pouzdanosti

STATISTIČKA VJEROVATNOĆA

P

RAZDIOBA GREŠAKA Područje

pouzdanosti (95%, 99%,

99,9%)

95% 99%

99,9%

f(x) f(x) f(x)

1,96σ 1,96σ

y

3,29σ 3,29σ

y

2,58σ 2,58σ

y

Page 24: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Graf predstavlja metodu najmanjih kvadrata, i ona se koristi za odreĎivanje b1 i b0.

Uvjet je dasuma kvadrata vertikalnih odstupanja empirijskih vrijednosti yi od regresijske

prave ŷi bude minimalna. Što znači da je:

→ → →

∑(

)

Cilj je da se regresijska funkcija po pretpostavki (yi) i po realnom poklapaju, da bi

greške bile što manje. Sa ovom metodom se može izraditi model, ali jednostavni.

51. Za poznatu funkciju y = b + ax prikazati numeričku obradu rezultata!

Ako je funkcija y = b + ax, a ako pretpostavimo da je apsolutna greška Δy = y – yt,

metodom najmanjih kvadrata sljedi:

∑( ) →

gdje su:

yN – rezultati nezavisno promjenljivih veličina

xN – nivo nezavisno promjenljivih faktora

yt - tačna vrijednost zavisnoo promjenljive veličine za odreĎeni nivo x

y – stvarno izmjenjena vrijednost koja sadrži i slučajnu grešku

yi

y

x xi

yi = β0 + β1xi + εi

ŷ = yR = b0 + b1x1 + ei

M(xi, yi) ei εi

Page 25: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

52. Za nepoznatu funkciju prikazati numeričku obradu rezultata!

Na osnovu eksperimentalnih rezultata može se na više načina odrediti funkcija. Ako

se nacrta grafičko rješenje tako da suma kvadrata odstojanja svih tačaka od prve crte bude

minimalna. Tada se po Gaussovu principu ( metodi najmanjih kvadrata) uzima odstojanje b,

jer je lakše za računanje.

Pa je suma razlike kvadrata za jednadžbu regresijske prave: y = k + bx. Treba da

bude minimalna što znači:

∑(

) →

Zamjenom vrijednosti za k, ako je k = ӯ – , sljedi da je:

( )

I vidimo da pravac jednadžbe prolazi kroz tačku ( ).

53. Koji se koristi kriterij za ocjenu linearnosti funkcije regresije?

Za ocjenu linearnosti funkcije, provjera se vrši disperznom analizom. Provjerava se

vrši na taj način da se odredi ukupno rasipanje q koje se sastoji od rasipanja srednjih

vrijednosti ӯi oko regresijske prave q1 i rasipanja vrijednosti unutar grupe q2, tako da je

q = q1 + q2.

Kriterij koji se koristi za ocjenu linearnosti je fisherov kriterij:

( )

Ako je FL < Ft tada je regresijska prava linearna.

Gdje su:

Ft- tablična vrijednost

n – parovi vrijednosti r grupa s istom vrijednošću x

r – broj grupe sa istom vrijednosti za x

yj

y

x x

bxj + k

a b

p

Page 26: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

54. Kako se sa dovoljno tačnosti može prihvatiti polinom za aproksimaciju neke funkcije?

Za svaku neprekidnu funkciju y=f(x) u zadanom intervalu x (x0, x1) može se s

dovoljno tačnosti aproksimirati polinom n-tog reda, za dovoljno veliko n i dovoljno tačno

odreĎene koeficijente polinoma.

Kada se eksperimentalni podaci n parova (xi, yi), za i= 1, 2, ... n, predstave u ravnini,

odredi se krivulja koja najbolje aproksimira dati skup. Traži se krivulja koja je najbliža svakoj

tački na dijagramu rasipanja. Što je raspršenost podataka veća, ima i više grešaka.

55. Šta je teorijska krivulja polinoma, a što empirijska i kakva je njihova usaglašenost?

Teorijska krivulja polinoma je krivulja dobivena pomoću teorijskog matematičkog

modela koji najbliže pokazuje prirodu procesa ili pojave dok je empirijska krivulja ona

nastala spajanjem dovoljnog broja vrijednosti dobivenih eksperimentom.

Ukoliko je dobra usaglašenost polinoma kao matematičkog modela i vrijednosti dobivenih

eksperimentom postiže se veći broj koeficienata koji polinom definiraju.

Ali treba pomenuti da usaglašenost teorijske krivulje sa empirijskom ne znači u isto

vrijeme i usalašenost sa funkcijom regresije. Dakle ima slučajeva kada povećanjem

stupnja polinoma postižemo suprotan efekat od traženog tj. udaljenje od linije regresije.

56. Kako se traži polinom (model) koji će najbolje aproksimirati dati proces (navesti metode)?

Polinom (model) koji će najbolje aproksimirati dati proces traži se tako da se

eksperimentalni podaci n parova ( , ), i=1,2,3,...,n predstave u ravnini, te se onda prema

obliku krivulje koju formiraju te tačke odredi model koji najbolje odražava zakonitosti

statističke razdiobe dobivenih empirijskih rezultata.(slika 4.8)

Kako ne postoji jedinstvena metoda za izbor oblika analitičke funkcije, preporuka je da se

u svakom konkretnom slučaju traži matematički model (polinom) koji će na što manje

parametara bolje aproksimirati dati proces ili sistem.

Metode su:

- Experimentalna (empirijska) metoda: polazi od eksperimentalnih podataka gdje se

iz dovoljno velikog broja eksperimentalnih rezultata može dovoljno tačno uočiti tip

polinoma koji najbolje opisuje funkciju regresije.

- Teorijska metoda: polazi od toga da su eksperimentalni podaci matematičke veličine

u kojima se izražavaju odreĎeni konkretni fizikalni procesi ili pojave, te se služi

podacima ranijih istraživanja sličnih procesa ili pojava.

Page 27: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

57. Koja su tri osnovna koraka u definiranju matematičkog modela?

Tri su osnovna koraka u definiranju funkcije, odnosno matematičkog modela:

-izbor regresijskog modela

- izračunavanje parametara j za izabrani model metodom najmanjih kvadrata

-provjera tačnosti i adekvatnosti regresijskog modela.

58. Prikazati teorijske i grafički realne koeficijente regresijskog modela?

Kada je mehanizam procesa nepoznat matematički model prikazujemo u obliku

polinoma:

Y= ∑ + ∑

+ ∑

+ ∑

U ovom matematičkom modelu teorijski koeficienti regresijskog modela su:

koficienti linijskog utjecaja, koeficient kvadratnog utjecaja, –dvofaktorne

interakcija, - višefaktorne interakcije funkcije regresije.

Ŷ= ∑ + ∑

+ ∑

+ ∑

U ovom matematičkom modelu realni koeficienti regresijskog modela su:

, , ,

59. Ako polinom aproksimira određeni proces na što se svodi rješavanje datog problema?

Npr ukoliko je polinom trećeg reda:

y = + + + + +

+ +

+

+

Ukoliko polinom aproksimira odreĎeni proces rješavanje se svodi na izračunavanje

koeficienta bi.

60. Koji su kriteriji pri izboru nezavisnih promjenljivih varijabli u blok šemu?

Izbor utjecajnih faktora procesa ili sistema izvodi se na osnovu prethodnog poznavanja

istraživanog područja, literaturnih podataka o datom procesu i iskustvo istraživača, takoĎe

vrsta procesa cilju modeliranja, eksperimentu, intuiciji istraživača, posjedovanju

odgovarajuće opreme.

Kriteriji kod izbora nezavisnih promjenjivih variabli u blok šemu su:

-najprije se nabroje svi utjecajni faktori koji imaju utjecaj na izlazne parametre procesa

-zatim se taj broj smanji (reducira, optimizira) na one koji imaju najveći utjecaj.

-njihov broj ovisi o vrsti obradnog procesa (bušenje, brušenje, glodanje tokarenje itd)

Identifikacija parametara procesa i sistema se izvodi analizom procesa na temelju

poznatih teorijskih podataka o konkretnom procesu ili sličnom kada je konkretni proces

nedovoljno poznat.

Page 28: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

61. Koje postoje metode kodiranja fizikalnih varijabli?

Postoje dvije metode kodiranja fizikalnih varijabli:

a) aritmetičko i

b) logoritamsko kodiranje.

Aritmetičko kodiranje

Prilikom kodiranja uzimaju se varijable x koje sami izaberemo ili ih uzmemo po preporuci

nekog stručnjaka koji je kompetentan iz tog područja.

Kodirane vrijednosti varijabli, bez obzira na njihovu fizikalnu mjernu jedinicu (m/s, N/mm2,

m, i sl.) izražene su s dvjema vrijednostima +1 i -1. Maksimalnim vrijednostima dajemo

vrijednost +1 dok minimalnim dajemo -1. U situaciji kada imamo srednji nivo, kodirana

vrijednost je nula. Kodiranje se u ovom slučaju (aritmetičko) izvodi pomoću izraza:

iX=

i

oii

ii

oii

x

xx

xx

xx

2

min

gdje su:

Xi – kodirana vrijednost nezavisno promjenljivih varijabli, gdje je i-broj nezavisno

promjenljivih

varijabli ( i = 1,2,3..),

xi – fizikalna vrijednost nezavisno promjenljivih varijabli na gornjem ili donjem nivou,

x0 i – fizikalna vrijednost nezavisno promjenljivih varijabli u centru plana, tj. nulta srednja

vrijednost,

∆xi– interval granice fizikalnih vrijednosti varijabli od srednje tačke do maksimalne odnosno

minimalne vrijednosti varijable.

Srednji nivo fizikalne vrijednosti odredi se izrazom:

2

minmax ii

oi

xxx

Primjer kodiranja varijabli ( ovo pretpostavljam da neće trebati ali eto nek se nađe)

x1=σ1= 500 N/mm2-maksimalna veličina i 300 N/mm

2-minimalna veličina iz izraza

2

minmax ii

oi

xxx

→ da je srednja vrijednost 400

2

300500

srx

N/mm2 pa → da je

kodirana vrijednost 1X =

1100

100

2

300500

400500

za slučaj jednog pokusa u drugom slučaju

1X =

1100

100

2

300500

400300

Page 29: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

ovo je bio slučaj gdje imamo dvije izmjerene vrijednosti od kojih smo jednu uzeli za

maksimalnu 500 N/mm2 a drugu za minimalnu. U ovom slučaju matrica plana eksperimenta

ima sljedeći oblik:

Broj pokusa

N=2n=4

Fizikalne vrijednosti Kodirane vrijednosti

x1= σ1 x2= υ (deform.) X1 X2

1 500 1.0 +1 -1

2 300 1.0 -1 -1

3 500 2.5 +1 +1

4 300 2.5 -1 +1

Logoritamsko kodiranje

Ako imamo polinomski matematički model poznat i iskazan općim modelom:

R=21

21

ffC

tada se logaritmiranjem dobije izraz

2211 lnlnlnln ffCR

gdje su : f1, f2 –nezavisno promjenljivi parametri

21 ,, C nepoznati koeficijenti.

Ako se izrazu 2211 lnlnlnln ffCR izvrši zamjena

pa umjesto ,ln Ry 1ln1

fx , 22 ln fx i

Co ln tada se dobiva polinom sljedećeg

oblika; 2211 xxxy oo

Za i-ti nezavisni parametar ii fx ln ili .maxln ixioi fx

odnosno minln ixioi fx ili

minmaxln2 iixi ff zamjenom u jednačini iX

=

i

oii

ii

oii

x

xx

xx

xx

2

min

dobiva se izraz za

kodiranje u sljedećem obliku iX= minmax

max

lnln

lnln21

ii

ii

ff

ff

za vrijednost:

fi = fimax dobiva se Xi=+1, fi=fimin dobiva se Xi=-1 i fi=fisr dobiva se Xi=0

Srednji nivo fizikalne vrijednosti odredi se izrazom maxmin

2

iiisr fff

Sve fizikalne vrijednosti varijabli procesa prevode se u kodirane vrijednosti bez obzira što

značenja fizikalnih varijabli mogu biti različita (N/mm2,mm,m/s itd.). Prema tome, područje

variranja nezavisno promjenljivih veličina xi zavisi od vrste procesa, svrhe i cilja modeliranja

i zahtjeva koje je postavio istraživač.

Page 30: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

62. Prikazati osnovnu matricu kodiranja i položaj tačaka pokusa matrice?

Kad se god pravi plan eksperimenta onda se pored matrice napravi i prikaz

eksperimentalne tačke matrice plana kao što je prikazano na sljedećoj slici:

Slika. Shema kodiranja i položaj tačaka matrice plana 2

k s baznom tačkom (0,0)

Ovo je najjednostavniji plan gdje su varijable x1 i x2 i ispod imamo četiri tačke 1,2,3,4 i u

sredini tačka nula. Sve ovo s koordinatnog sistema s gornje slike bilo bi prikazano i u matrici

koja bi izgledala ovako.

Osnovna matrica kodiranja Nj-broj

mjerenja

i pokusa

Kodirne vrijednosti Prirodne vrijednosti yj-izmjerene veličine

x1 x2 v (m/s)

mi uzimamo

s (m)

mi uzimamo

v (m/s)

s (m)

tačka 1 -1 -1 50 1000 y11 y12

tačka 2 +1 -1 100 1000 Y21 Y22

tačka 3 -1 +1 50 2000 Y31 Y32

tačka 4 +1 +1 100 2000 Y41 Y42

y11 - prvi red prvo mjerenje, y12 - prvi red drugo mjerenje,

Ovdje postoje dvije mogućnosti jedna da ponavljanje eksperimenta izvodimo u vrhovima

kvadrata i u tom slučaju matrica bi izgledala kao što je gore prikazano.

Page 31: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

U slučaju da ponavljanje eksperimenta izvodimo u sredini plana tj. u nultoj tačci mi bi u

matricu morali dopisati 5 i 6 pa bi ona izgledala ovako;

Nj-broj

mjerenja

i pokusa

Kodirne vrijednosti Prirodne vrijednosti yj-izmjerene veličine

x1 x2 v (m/s)

mi uzimamo

s (m)

mi uzimamo

v (m/s)

s (m)

tačka 1 -1 -1 50 1000 y11 y12

tačka 2 +1 -1 100 1000 y21 y22

tačka 3 -1 +1 50 2000 y31 y32

tačka 4 +1 +1 100 2000 y41 y42

5. pokus*

0 0 75 1500

6. pokus 0 0 75 1500

*- mjerenje izvodimo u nultoj tačci plana tj. sredini plana

Šta ovo u stvari znači, to znači da ako bi brzina bila npr. 50 m/s (x1) to je -1 a ako bi bila 100

m/s (drugi slučaj) to bi bilo +1 pa bi nula bila 75 m/s (srednja vrijednost) i ako stavimo da je

put 1000 m pa je u prvom slučaju (- i -) 1000 m a recimo u četvrtom mjerenju (+ i +) 2000 m

tada bi nula bila 1500 m.

U slučaju da ponavljanja izvodimo u vrhovima kvadrata imali bi više ponavljanja u gornjem

dijelu matrice npr. y11 y12.......... i matrica bi izgledala kao u što je već prikazana na prednjoj

strani odgovora a u slučaju da ponavljanje vršimo u nultoj tački onda bi u gornjem dijelu

imali samo jedno mjerenje jer nam je ponavljanje u sredini plana i matrica bi izgledala kao što

je gore prikazano.

63. Kako se iz analitičkog izraza koji je praktično neupotrebljiv:

4321 bbbb

kasvCF može dobiti odgovarajući upotrebljivi

matematički model ?

Odgovarajući upotrebljivi model može se dobiti logoritmiranjem izraza, i nakon će biti;

4321 bbbb

kasvCF nakon logoritmiranja dobija se sljedeći izraz;

kbabsbvbCF lnlnlnlnlnln 4321

gdje su : v,s,a i k –nezavisno promjenljivi parametri

4321 ,,,, bbbbC

nepoznati koeficijenti.

Ako se na izrazu kbabsbvbCF lnlnlnlnlnln 4321

izvrši zamjena

Page 32: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

pa umjesto ,ln Fy vx ln

1

, sx ln2 ,ax ln3

, kx ln4 i Cbo ln

tada se dobiva

polinom sljedećeg oblika; 44332211 xbxbxbxbxby oo

Za i-ti nezavisni parametar ii xx ln ili .maxln ixioi xx

odnosno minln ixioi xx ili

minmaxln2 iixi xx zamjenom u jednačini iX

=

i

oii

ii

oii

x

xx

xx

xx

2

min

dobiva se izraz za

kodiranje u sljedećem obliku iX= minmax

max

lnln

lnln21

ii

ii

xx

xx

za vrijednost:

xi =xfimax dobiva se Xi=+1, xi=ximin dobiva se Xi=-1 i xi=xisr dobiva se Xi=0

Srednji nivo fizikalne vrijednosti odredi se izrazom maxmin

2

iiisr xxx

64. Šta su modeli prvog reda i kako se mogu prikazati?

Za definiranje linearnih modela primjenjuje se plan eksperimenta prvog reda. Najviše

korišten plan je potpuni faktorni plan eksperimenta (PFE) u kojem se svaki nivo jednog

faktora kombinira sa svim nivoima ostalih faktora (varijabli). Za dobijenje linearnog modela

minimalan broj nivoa variranja je r = 2. U tom slučaju matrica potpunog faktornog plana

eksperimenta ima oblik N = rk

= 22 = 4, gdje je k broj nezavisno promjenjivi faktora

(varijabli), a N broj redova matrice eksperimenta koji odgovara broju pokusa.

Dvofaktorni matematički model (dvofaktorna matrica)

Za dvofaktorne matematičke modele izvode se dvofaktorini eksperimenti s brojem pokusa N

= 22 = 4. U narednoj tablici prikazana je matrica dvofaktornog eksperimenta s djelovanjem

interakcija X1,X2. Matrica bez djelovanja interakcija spada u grupu jednostavnih

eksperimenata i modela.

Matrica plana eksperimenta 22

Broj pokusa Nj

Kodirane vrijednosti faktora

Vektor izlaza

yJ

X0 X1 X2 X1 X2

1 +1 -1 -1 +1 Y1

2 +1 +1 -1 -1 Y2

3 +1 -1 +1 -1 Y3

4 +1 +1 +1 +1 Y4

Koeficijenti

b0

xij

b1

xmj

b2

xij xmj

b12

Matematički

model

y = b0+x0+b1+x1+b2x2

y = b0+x0+b1+x1+b2x2+b12+x1x2

Page 33: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Položaj tačaka dvofaktornog plana eksperimenta 22 s baznom tačkom (0,0) prikazan je na

sljedećoj slici;

Slika. Shema kodiranja i položaj tačaka matrice plana 2k s baznom tačkom (0,0)

U općem slučaju je :

yj = b0x0j + b1x1j+b2x2j za j = 1,2,.....,N.

Za odreĎivanje koeficijenata b0, b1, b2 može se koristiti metoda najmanji kvadrata, gdje je

potrebno

odrediti sumu kvadrata odstupanja teoretskih vrijednosti yj od stvarnih yj

Za ostatak formula iz knjige koje se vežu na ovaj dio, profesor je na predavanju održanog

22.12. 2011. godine rekao da ne treba učiti napamet, i tom prilikom kao važno spomenuo

formulu 4.70 str. 86. u knjizi iz tog razloga što se ona direktno veže za model y =

b0+x0+b1+x1+b2x2 . Na osnovu te formule mi možemo odrediti koeficijente b0, bi, i b12 pa sam

je i ja stavio kao bitan element u odgovoru na ovo pitanje a ona glasi;

N

j

jj

N

j

j YN

YXN

b11

00

11

jer je uvijek X0j = 1

,1

1

j

N

j

ij YXN

bi

za i = 1,2,

,1

1

12 jmj

N

j

ij YYXN

b

za 1 ≤ i < m ≤ k = 2

gdje je jj yy aritmetička sredina eksperimentalnih rezultata mjerenja u pojedinim tačkama

plana kada postoji ponavljanje pokusa, odnosno kada ponavljanja pokusa nama i jj yy .

Page 34: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

65. Kako izgleda matrica eksperimenta sa tri varijable?

Broj

pokusa

Nj

Kodirane vrijednosti faktora – matrica plana

Vektor

izlaza

yj

X0

X1

X2

X3

X1

X2

X1 X3

X2 X3

X1 X2 X3

1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 y1

2 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 y2

3 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 y3

4 +1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 y4

5 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 y5

6 +1 +1 -1 +1 -1 +1 -1 -1 y6

7 +1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 y7

8 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 y8

Koef.

višestruke

regresije

b0

b1

b2

b3

b12

b13

b3

b123

Matematički

model

y = b0x0 + b1x1 +

b2x2 + b3x3

y = b0x0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + b23x2x3 +

b123x1x2x3

Page 35: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

66. Prikazati grafički i matrično funkciju Yj = Yj(X1, X2, X3) ako se ponavljanje za procjenu greške eksperimenta izvodi u baznoj tački (0,0) eksperimenta?

Za trofaktorni matematički model (k=3) ortogonalna plan matrica je sastavljena od

N=2k+n=2

3+4=8+4=12 pokusa.

Matrica plana eksperimenta

Bro

j

po

ku

sa N

j

Kodirane vrijednosti faktora – matrica plana

Vek

tor

iz

laza

Yj

X0

X1

X2

X3

X1X2

X1X3

X2X3

X1X2X3

1 +1 -1 -1 -1 +1 +1 +1 -1 y1

2 +1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 +1 y2

3 +1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 +1 y3 4 +1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 -1 y4

5 +1 -1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 y5

6 +1 +1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 y6 7 +1 -1 -1 +1 -1 -1 +1 -1 y7

8 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1 y8 9 +1 0 0 0 0 0 0 0 y9 10 +1 0 0 0 0 0 0 0 y10 11 +1 0 0 0 0 0 0 0 y11 12 +1 0 0 0 0 0 0 0 y12

Koef

icij

enti

viš

estr

uke

refr

esij

e

b0

b1

b2

b3

b12

b13

b23

b123

Mat

emat

ički

model

y=

b0x0+b1x1+b2x2+b3x3

y= b0x0+b1x1+b2x2+b3x3+b12x1x2+b13x1x3+b23x2x3+b123x1x2x3

Page 36: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

67. Šta treba provjeriti da bi određeni matematički model bio prihvatljiv?

Da bi odreĎeni matematički model bio prihvaćen mora se provjeriti signifikantnost njegovih

koeficijenata i adekvatnost samog modela. Prilikom provjere signifikantnosti koeficijenata

polinoma, svi faktori Xi uz koje se nalaze nesignifikantni koeficijenti se isključuju iz modela.

Signifikantnost se provjerava na osnovu kriterija Studenta (t-test) ili Fishera (F-test).

Adekvatnost se provjerava testom Fishera.

68. Koje su osobine ortogonalnih planova?

Ortogonalni planovi moraju zadovoljiti sljedeće uvjete:

- Uvjet simetričnosti – prema kojem su sve nezavisno promjenjive veličine simetrično

rasporeĎene u odnosu na centar eksperimenta:

- Uvjet normativnosti – prema kojem je suma kvadrata elemenata za sve stupce

matrice jednaka broju pokusa N.

- Uvjet ortogonalnosti

69. Koja je karakteristika ortogonalnih u odnosu na druge planove?

Ortogonalni planovi u odnosu na druge planove imaju sljedeća obilježja:

- raspored eksperimentalnih tačaka u eksperimentalnom prostoru je optimalan,

- broj eksperimentalnih tačaka je minimalan, što daje manje troškove i kraće vrijeme

ispitivanja,

- količina dobivenih informacija je maksimalna,

- matematička obrada eksperimentalnih rezultata je jednostavna.

70. Kako se ispituje značajnost koeficijenata modela?

a) Ponavljanje pokusa u centralnoj tački plana

Za ispitivanje značajnosti koeficijenata modela se koriste kriteriji Studenta (t-test) i Fishera

(F-test).

F-kriterij je odreĎen uvjetom:

( ) ( )

Page 37: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Procjena greške koeficijenata modela:

( )

Stepen slobode koeficijenata je , pa slijedi:

( )

Procjena greške u centralnoj tački plana eksperimenta se dobije iz izraza:

∑ ( )

gdje je:

- – stepen slobode u centralnoj tački plana,

- ∑

– aritmetička sredina rezultata mjerenja eksperimentalnih vrijednosti

u nultoj tački plana.

Prema odreĎenim stepenima slobode, i , kao i na osnovu odabranog praga

značajnosti ( , gdje je P pouzdanost modela), odredi se veličina ( )

( ), te uporedi sa .

Drugi način provjere signifikantnosti koeficijenata modela je Studentov t-kriterij.

Opći uvjet glasi:

| | ( )

ili:

| | ( )

| | ( )

| | ( )

gdje je:

- ( ) – tablična vrijednost za stepen slobode i odabrani prag značajnosti

- – područje pouzdanosti koeficijenata modela ili greška u ocjeni koeficijenata

Page 38: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

b) Ponavljanje jednog broja pokusa

Provjera signifikantnosti koeficijenata modela s ponavljanjem jednog broja pokusa se

odreĎuje prema t-kriteriju Studenta.

Provjerava se uvjet:

| |

| |√

( )

ili

| | ( ) ( )

Varijanca greške se dobija prema izrazu:

∑ ∑ ( )

gdje je:

∑ ( ) ( ) – ukupni stupanj slobode

– broj ponavljanja pokusa u j-tom redu matrice, kada je isti broj ponavljanja

71. Kako se ispituje adekvatnost modela?

a) Ponavljanje pokusa u centralnoj tački plana

U općem slučaju, adekvatnost modela se provjerava usporedbom eksperimentalno dobivenih

vrijednosti i vrijednosti izračunatih iz modela

. Uvjet adekvatnosti je odreĎen

F–kriterijem:

- ako je

( ) ( )

- ako je

( ) ( )

Ako se dobije da je , tada matematički model adekvatno opisuje analizirani obradni

proces.

Disperzija adekvatnosti se odreĎuje iz izraza:

∑ (

)

∑ ( )

ili

Page 39: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

gdje je:

- – broj stepeni slobode koji se odnosi na disperziju adekvatnosti

- – izračunata vrijednost iz formiranog matematičkog modela,

-

( )(

) – suma

kvadrata koeficijenata

- ∑ ( )

– suma kvadrata, odnosno greška pokusa

- ( ) – tablična vrijednost F-razdiobe za odreĎenu vrijednost greške

o ako je

, tada je i

o ako je

, tada je i

b) Ponavljanje jednog broja pokusa

Adekvatnost modela je odreĎena F-kriterijem:

- ako je

( ) ( )

- ako je

( ) ( )

Vrijednost disperzije adekvatnosti odreĎuje se prema izrazu:

∑ (

)

gdje je:

- – stepen slobode koji se odnosi na disperziju adekvatnosti

-

∑ ∑ ( )

– varijanca greške pokusa,

- ∑ ( ) ( ) – ukupan stepen slobode

- – broj ponavljanja pokusa u j-tom redu matrice, kada je isti broj ponavljanja

72. Koji je najznačajniji kriterij za izbor matematičkog modela i kako se primjenjuje?

Najznačajniji kriterij za izbor matematičkog modela je koeficijent višestruke regresije. Kada

dva ili više modela dobro opisuju proces, odluka o najboljem modelu se donosi na osnovu

vrijednosti koeficijenta višestruke regresije. Ovaj koeficijent je dodatni pokazatelj za ocjenu

adekvatnosti modela. Ovo posebno važi kod pokusa kod kojih je rasipanje rezultata pokusa u

centralnoj tački plana razmjerno veliko ili razmjerno malo, pa se na temelju F-testa ne može

donijeti valjana odluka o adekvatnosti modela.

Page 40: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

a) Ponavljanje u centralnoj tački pokusa

Za ispitivanje veze izmeĎu zavisno promjenjivih veličina i nezavisno promjenjivih veličina

se koristi koeficijent višestruke regresije:

√ ∑ (

)

∑ ( )

gdje je:

- – vrijednosti eksperimentalnih rezultata

- – izračunate vrijednosti iz dobivenih modela

- ∑

– aritmetička sredina svih eksperimentalnih rezultata

Vrijednost ovog koeficijenta se uvijek nalazi u granicama . Ako je R=1, onda

model u potpunosti opisuje rezultate eksperimenta, a ako je R=0, onda izmeĎu varijabli i

ne postoji nikakva meĎusobna povezanost. Kvadrirana vrijednost odreĎuje kvalitetu i

pouzdanost modela. Ako je , to znači da se varijabiliteta pripisuje

djelovanju varijable .

b) Ponavljanje jednakog broja pokusa

Koeficijent višestruke regresije se računa prema izrazu:

√ ∑ (

)

∑ ( )

gdje su:

-

– aritmetička sredina vrijednosti eksperimentalnih

rezultata u j-toj tački plana pokusa, odnosno u j-tom redu matrice

- ∑

- aritmetička sredina svih eksperimentalnih rezultata pokusa

73. Kako se određuje područje pouzdanosti modela?

ZA PONAVLJANJE POKUSA U CENTRALNOJ TAČKI PLANA:

Područje pouzdanosti modela odredi se općim izrazom:

ii bb ≤

'

ib ≤ ii bb

; i = 0,1,2,...,k ili

N

Stbb

N

Stb tit

0

0

'0

0

odnosno

0

0'

0

0

nN

Stbb

nN

Stb tiiti

; i = 0,1,2,...,k gdje su:

Page 41: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

''

0 , ibb - nepoznati keoficijenti početnog modela, koji aproksimira konačni model, odnosno

koeficijenti aproksimiranog modela ( 0

'

0 bb , odnosno ii bb '

kada greška mjerenja 0 )

ZA PONAVLJANJE JEDNAKOG BROJA POKUSA:

Izračunavanje područja pouzdanosti modela:

ii bb ≤

'

ib ≤ ii bb

; i = 0,1,2,...,k ili

Nn

Stbb

Nn

Stb

y

ti

y

t 0

'

0

gdje je:

),( yftt - tablična vrijednost t-kriterija

74. Šta je koeficijent determinacije i šta opisuje?

Koeficijent determinacije odreĎuje kvalitetu i pouzdanost modela. Koeficijent

determinacije označava se sa R = r2, gdje je R pokazatelj zajedničkih faktora - udjela kod dva

obilježja X i Y koja su uključena u korelacijsku analizu. Npr. r = 0,32= 0,09 = R, ili npr.

r = 0,62= 0,36 = R–koeficijent determinacije. Što je korelacija manja npr. ± 0,3 koeficijent

determinacije je značajno manji nego kad je korelacija veća npr. ± 0,6 ( R = 9%, odnosno

36% ). Ako je , to znači da se 96,5% varijabiliteta pripisuje djelovanju varijabli

Xi.

75. Koji su potrebni podaci za određivanje adekvatnosti modela? Podaci koji su potrebni za odreĎivanje adekvatnosti modela su izračunata vrijednost iz

formiranog matematičkog modela, odnosno i vrijdnost koja je dobivena eksperimentalno,

odnosno . Dakle, u općem slučaju adekvatnost modela se provjerava usporedbom

eksperimentalno dobivenih vrijednosti i vrijednosti izračunatih iz modela

76. Kakve su parcijalne ortogonalne matrice i što se s njima postiže?

Primjenom nepotpunog ortogonalnog plana (NFE) moguće je smanjiti broj potrebnih pokusa

u potpunom planu prvog reda, a da se pri tome zadrže svojstva ortogonalnosti i normalnosti

matrice plana. Rastavljanjem potpunog plana k2 na paran broj blokova pokusa n=2, n=4 ili

n=8 dobiju se parcijalni ortogonalni planovi prvog reda, tako da je broj eksperimenta tačaka:

k

nN 2

1

77. Kako se formira parcijalna matrica 2^(k-1) ?

Page 42: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Postupak formiranja parcijalne matrice počinje s potpunim planom , dakle, ako je

k=3, počinjemo s potpunim planom . Pošto je k=3, potrebna su nam 3 faktora, ali u planu

imamo samo 2. Stoga se uvodi smjena jedne od kolona plana . Obično se odabire neki

od meĎusobnih interakcija glavnih faktora.

1 -1 -1 1

2 -1 1 -1

3 1 -1 -1

4 1 1 1

U ovom slučaju, smjena će biti , mada je takoĎer mogla i biti - .

Novi plan koji je parcijalni faktorni plan glasi:

1 -1 -1 1

2 -1 1 -1

3 1 -1 -1

4 1 1 1

Odnos predstavlja generator plana. Kontrast J=1 se dobije kada odnos pomnožimo

s (jer je ), gdje ćemo dobiti J=1= .

78. Koja je metodologija formiranja parcijalnog ortogonalnog plana?

Metodologija formiranja parcijalnog ortogonalnog plana sastoji se u definiranju generirajućih

odnosa, tako se za plan 23-1

mogu napisati dva moguća odnosa:

i .

Množenjem sa dobiva se:

Kako je , to je , te je odnosno

ova veličina se definira kao kontrast koji odreĎuje dvojnost efekta, odnosno njihovu

povezanost. Tako se množenjem prethodne jednačine s dobiva:

Što znači da je utjecaj od povezan s utjecajem itd. Kontrast uvijek ima vrijednost J=1.

TakoĎer važi:

⇨ →

→ .

Page 43: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

79. Treba prikazati matricu parcijalnog plana za slučaj da je PFP: N = 2^6, dok je NFP(parcijalni ili nepotpuni plan) N=2^(k-p), gdje je p = 3.

Počinjemo od potpunog plana eksperimenta za 3 varijable, s 23 eksperimenata:

1 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1

2 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1

3 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1

4 1 1 1 -1 1 -1 -1 -1

5 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1

6 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1

7 1 -1 1 1 -1 -1 1 -1

8 1 1 1 1 1 1 1 1

U ovom slučaju imamo 3 varijable, a treba nam 6, te stoga moramo dodati 3 nove varijable.

Nove varijable postaju kolone u kojima su odnosi više varijabli. U ovom slučaju,

stavit ćemo da je , i . Ovo su generatori plana. Pored ovih

generatora su se mogli iskoristiti i negirane vrijednosti, dakle, , i

.

Novi plan eksperimenta(samo glavne varijable) izgleda ovako:

1 1 -1 -1 -1 1 1 1

2 1 1 -1 -1 -1 -1 1

3 1 -1 1 -1 -1 1 -1

4 1 1 1 -1 1 -1 -1

5 1 -1 -1 1 1 -1 -1

6 1 1 -1 1 -1 1 -1

7 1 -1 1 1 -1 -1 1

8 1 1 1 1 1 1 1

Ne znam treba li ova daljnja analiza, al' neka ima ako zatreba.

Cijena voĎenja eksperimenta po parcijalnom planu je nemogućnost razlikovanja efekata dvaju

ili više varijabli. Naprimjer, efekat varijable može biti spojen s efektom . Stoga se

mora izvesti analiza tih veza.

Generatori gornje matrice su: , i . Iz njih se dobijaju

kontrasti J.

Kvadrat svake varijable je 1, dakle .

Pošto imamo 3 generatora, moramo izvršiti njihovu kombinaciju množenjem i tako dobiti

grupu konačnih kontrasta:

Page 44: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Na osnovu kontrasta možemo odrediti koji efekti odreĎuju vrijednost pojedinačnih

koefijenata.

Page 45: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Gornji plan eksperimenta s osnovnim/glavnim efektima i meĎusobnim vezama izgleda ovako:

...

1 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 1

Da

lje željene

ko

mb

ina

cije ovih

6

va

rijab

li

2 1 1 -1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1 1 1 -1

3 1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1

4 1 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1

5 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 -1

6 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 -1 1

7 1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 1 1 -1

8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Svaka od ovih kolona bi se trebala izraziti na osnovu kontrasta. Postupak se sastoji u množenju kontrasta s kolonom.

Npr. za , množimo konstraste s

Prema ovome uz bi trebao biti sljedeći koeficijent:

Vidimo da je on isprepleten s koeficijentima višeg reda. Tako bi se trebali preći sve kolone gornje tabele, s tim da se analizom jedne kolone,

automatski analiziraju i druge kolone. Npr., gornjom analizom za smo pokrili i kolone . Obično se koeficijenti koji idu uz faktore višeg reda (umnožak više od 3 varijable) odbacuju kao vrlo mali.

Page 46: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

80. Kada se sve uvode varijable višeg reda?

Model višega reda se koriste kada je poznato da istraživani problem neće moći biti

predstavljen linearnom funkcijom ( ) ili kada dobiveni linearni model ne zadovoljava

provjeru adekvatnosti, odnosno kada je potrebna veća tačnost matematičkog modela

istraživanog procesa. Tada se uvode varijable višeg reda suglasno stepenu zakrivljenosti

površine funkcije reagiranja i razvija se optimalna struktura plana višeg reda.

81. Šta je značajno za faktorne planove drugog reda?

Izbor optimalnih planova pri definiranju modela drugog reda znatno je složeniji nego kod

linearnih modela. Ovi planovi ne odgovaraju važnim kriterijima optimalnosti. Ako se ispuni

uvjet ortogonalnosti kod planova drugog reda se istovremeno narušavaju načela normalnosti i

rotatabilnosti. Za planove drugog reda kriterij rotatabilnosti je više značajan jer dopušta

minimiziranje sistemske greške koja je vezana za neadekvatno predstavljanje rezultata

eksperimenta modelima drugog reda.

Ipak, u svakom konkretnom slučaju treba uzeti u obzir stvarne uvjete procesa i na osnovu njih

definirati kriterij optimalnosti i izabrati odgovarajući plan pokusa.

82. Kako izgleda matrica i model drugoga reda za k=2?

1 -1 -1 1 1 1

2 1 -1 -1 1 1

3 -1 1 -1 1 1

4 1 1 1 1 1

5 α 0 0 α2

0

6 - α 0 0 α2 0

7 0 α 0 0 α2

8 0 - α 0 0 α2

9 0 0 0 0 0

Page 47: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

83. Kakva je povezanost između planova i modela prvog i drugog reda?

Modeli drugog reda sadrže bazni 2k dio eksperimetnta koji se koristi i kod linearnog modela,

ali s tim da se na osnovni dio plana dodaju nove tačke koje su simetrično postavljenje oko

centra eksperimenta.

IzmeĎu planova prvog i drugog reda postoji odreĎena veza, koja se može iskazati činjenicom

da se planovi drugog reda nadograĎuju na planove prvog reda, tako da se već postojeći skup

tačaka iz plana prvog reda koristi u planu drugog reda. Dakle, ako matematički model prvog

reda od 2k

ne zadovoljava, koriste se dodatni pokusi na novim nivoima koji će se iskoristiti za

izračunavanje utjecaja drugog reda.

84. Obrazložiti ukupan broj pokusa N = ? za rotatabilni plan koji ma k = 3 varijable.

Rotatabilni plan sadrži bazni dio plana , simetrično postavljene tačke i tačke

ponavljanja u centru plana . Vrijednost broja ponavljanja u centralnoj tački eksperimenta

se isčitava iz tabele parametara za rotatabilne planove. Za k=3, može imati vrijednost

6 ili 9. Dakle, ukupan broj pokusa N za rotabilni plan s k=3 varijable iznosi:

Za , , dok je za , broj tačaka iznosi: .

85. Koja je osnovna osobina modeliranja pomoću centralnog kompozicijskog plana?

Osnovna osobina modeliranja pomoću centralnog kompozicijskog plana je što faktori imaju

samo dva nivoa, tako da se lako nastavljaju na linearni model. Ukupan je broj potrebnih

pokusa . Dakle, za k=2 faktora plan ima pokusa i za

podudara se potpunim faktornim planom s jednom centralnom tačkom. Svi

ovi planovi imaju osnovu plana 2k, osim za k=5, gdje je osnova plana polublok 2

5, tj. plan se

dobiva iz 24 uz dodavanje stupaca

Page 48: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

86. Prikazati geometrijsku interpretaciju centralnog kompozicijskog plana?

Ovo je geometrijski prikaz centralnog kompozicijskog plana drugog reda za k=2 faktora.

87. Prikazati matricu centralnog kompozicijskog plana drugog reda, ako je Yj = Yj(X1,X2).

Ako je N= 2k+2k+n0; sljedi da je N=9, jer je k=2, a n0=1.

Nj X0 X1 X2 X1X2 X12 X2

2 yj

1 1 1 1 1 1 1 y1

2 1 -1 1 -1 1 1 y2

3 1 1 -1 -1 1 1 y3

4 1 -1 -1 1 1 1 y4

5 1 α 0 0 α2 0 y5

6 1 - α 0 0 α2 0 y6

7 1 0 α 0 0 α2 y7

8 1 0 - α 0 0 α2 y8

9 1 0 0 0 0 0 y9

Page 49: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

88. Prikazati matricu centralnog kompozicijskog plana za k=3 i n0 = 1.

Budući da je N= 2k+2k+n0 , N=15

Nj X0 X1 X2 X3 X1X2 X1X3 X2X3 X12 X2

2 X3

2 yj

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 y1

2 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 y2

3 1 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 y3

4 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 y4

5 1 1 1 -1 1 -1 -1 1 1 1 y5

6 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 y6

7 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 y7

8 1 -1 -1 -1 1 1 1 1 1 1 y8

9 1 α 0 0 0 0 0 α2

0 0 y9

10 1 -α 0 0 0 0 0 α2

0 0 Y10

11 1 0 α 0 0 0 0 0 α2

0 Y11

12 1 0 -α 0 0 0 0 0 α2

0 Y12

13 1 0 0 α 0 0 0 0 0 α2

Y13

14 1 0 0 -α 0 0 0 0 0 α2

Y14

15 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Y15

Prikazana matrica plana nije ortogonalna, jer je:

( )

Str 123

89. Šta znači veličina α u centralnom kompozicijskom planu modeliranja?

Veličina α, u centralnom kompozicijskom planu modeliranja, znači simetrične tačke. Kod tih

tačaka su u tablicama nulte tačke, zbog matrice, kada se pomoću α i α2 matrica proširuje. Kod

interakcija nema α (kod npr. X1X2 u tablici), ali se α2 javlja kod kvadrata (npr. X1

2).

90. Šta je rotatabilni plan modeliranja i šta mu je bazni dio plana?

Rotatabilni plan je specijalni oblik centralnog kompozicijskog plana koji se vrlo često

primjenjuje u modeliranju i adaptivnom upravljanju u procesima s više varijabli.

Ovi planovi pored aplikativnih osobina imaju i svojstva optimalnosti, tako da su pogodni za

optimizaciju obradnih procesa, sistema, alata, itd.

Ovaj plan, kao i centralni kompozicijski plan, sadrži bazni dio plana , simetrično

postavljene tačke oko centra plana i tačke ponavljanja u centru plana.

Page 50: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

91. Čime su određeni rotatabilni planovi?

Rotatabilni planovi matematički su odreĎeni sljedećim vrijednostima:

Uvjet rotatabilnosti:

odnosno:

( )

ili

Iz uvjeta rotatabilnosti dobijaju se koordinate točaka na centralnim osama.

92. Šta je polazište (od čega se polazi) kod rotatabilnih planova za određivanje veličina: α, p, N i n0?

Ukupan broj pokusa N i n0 ovisi o broju varijabli k, veličine α i veličine p, (p=0,1,2).

Broj pokusa iznosi:

Parametar p odreĎuje da li radimo s potpunim ili parcijalnim faktornim planom.

Parametar se odreĎuje iz jednakosti:

Za lakše pronalaženje vrijednosti N, n0 i α koristi se tabela u kojoj za odreĎenu vrijednost k i

p se može naći pripadajuća vrijednost N, n0 i α, kao i parametara i koji služe za izračun

koeficijanata modela regresije .

Page 51: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

93. Prikazati grafik i matricu rotatabilnog plana za k=2 i n0 = 1.

Ne postoji rotatabilni plan za k = 2 i n0=1, stoga dajem grafik i matricu rotatabilnog plana za

k = 2 i n0=5. Ukupan broj pokusa:

1 Matrica eksperimenta

1 1 -1 -1 1 1 1

2 1 1 -1 1 1 -1

3 1 -1 1 ¸1 1 -1

4 1 1 1 1 1 1

5 1 0 0 0 0 0

6 1 0 0 0 0 0

7 1 0 0 0 0 0

8 1 0 0 0 0 0

9 1 0 0 0 0 0

10 1 1.414 0 2.0 0 0

11 1 -1.414 0 2.0 0 0

12 1 0 1.414 0 2.0 0

13 1 0 -1.414 0 2.0 0

1 Grafik plana

Page 52: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

94. Koja je glavna razlika u određivanju koeficijenata polinoma rotatabilnog plana i ostalih planova modeliranja?

OdreĎivanjem koeficijenata modela dobiva se podatak o utjecaju parametara Xi na izlaznu

večinu Y razmatranog procesa.

Kod ortogonalnih višefaktornih planova dobije se dijagonalna matrica gdje su svi regresijski

koeficienti nezavisni jedan od drugoga.

Za odreĎivanje koeficienta modela regresije koristimo sljedeće izraze:

= ∑ + ∑ ∑

= ∑ , i=1,2,3,...

= ∑ , 1≤ i < m ≤ k

= ∑

+ ∑ ∑

i=1,2,3,...

Jedna od razlika je parametar koji ovisi o broju variabli k i broju ponavljanja pokusa

95. Grafički prikazati rotatabilni plan za varijable X1 i X2.

96. Kako se provjerava signifikantnost koeficijenata bi bim bii matematičkog modela rotatabilnog plana?

Page 53: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Provjera signifikantnosti koeficijenata bi, bim, bii se vrši prema t-kriteriju Studenta.

Izračunavaju se greške u ocjeni koeficjenata βi, , te se provjerava da li koeficijenti

pripadaju području pouzdanosti:

Dakle, koeficijent je signifikantan ako je zadovoljen uvjet:

| | ( )√

odnosno:

| | ( )√

| | ( )√

| | ( )√

| | ( )√

gdje je:

– približna vrijednost greške pokusa,

– dijagonalni i nedijagonalni elementi korelacijske matrice ili matrice grešaka

( ) , koji se odrede iz tablice 4.18, tablice parametara za rotatabilne planove

tt - tablična vrijednost t-kriterija Studenta

97. Kako se provjerava adekvatnost matematičkog modela rotatabilnog plana?

Adekvatnost matematičkog modela prema F- kriteriju Fishera odreĎena je uvjetom:

( )

( )

Za ocjenu adekvatnosti uzima se prema prethodnom izrazu veća izračunata vrijednost Fa.

Vrijednost Ft(fa, fo) odredi se iz tablice F – kriterija za stupnjeve sobode fa i fo ili fo i fa.

Disperzija odredi se prema izrazu:

∑ (

) ∑ ( )

Stupanj slobode se u ovom slučaju odredi prema:

fa= N – 0,5 (k+2) (k+1) – f0 (Fornula 4.155)

Vrijednost fa može se odrediti i prema izrazu:

Page 54: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

fa = N - f0 - k´, (Formula 4.156)

gdje je: k´ - broj signifikantnih koeficijenata dobivenog modela, odnosno broj

koeficijenata u modelu po kojem se izračunava vrijednost .

Dakako, obično su vrijednosti fa izračunate prema izrazima (4.155) i (4.156) različite.

98. Kako se ispituje adekvatnost matematičkog modela (prikazati moguća rješenja)?

Za ispitivanje adekvatnosti matematičkog modela potrebno je izvesti disperzijsku analizu, što

zahtijeva ponavljanje pokusa – mjerenja u pojedinim tačkama plana. Ponavljanje se pokusa

izvodi po odreĎenom sistemu, tako da može biti:

Ponavljanje pokusa samo u centralnoj tački ortogonalnog plana (n0),

[Opširnije-Strana 93.u knjizi]

Ponavljanje jednakog broja pokusa u svakoj tački ortogonalnog plana

(n1 = n2 = n2 = ... = nN)

[Opširnije-Strana 97.u knjizi]

Ponavljanje različitog broja pokusa (n1 ≠ n2 ≠ n3 ≠ ... nN) u tačkama ortogonalnog plana

99. Kada i gdje se koriste rotatabilni matematički planovi drugog reda?

Rotatabilni plan je specijalni oblik centralnog kompozicijskog plana koji se vrlo često

primjenjuje u modeliranju i adaptivnom upravljanju u procesima s više varijabli. Ovi planovi

pored aplikativnih osobina imaju i svojstva optimalnosti, tako da su pogodni za optimizaciju

obradnih procesa, sistema, alata, itd.

100. Na čemu se zasniva teorija dimenzionalnosti?

Teorija dimenzionalnosti se zasnima na Buckinghamovoj teoremi, gdje svaka jednačina koja

opisuje neko fizikalno stanje mora biti dimenzionalno homogena, tako da se on za jednu

pojavu može napisati u obliku:

f (P, R, X, Y) = 0,

odnosno pomoću model polinomskog tipa:

∑ 1 C2

101. Koji je postupak određivanja dimenzionalnih grupa?

Dimenzionalna homogenost za prvi član ima oblik:

P = C

Ako je broj jednadžbi veći ili jednak broju nepoznatih eksponenata dobiju se rješenja:

Page 55: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

a = α, b = β, g = γ,

odnosno P = C .

MeĎutim, ako je broj nepoznatih eksponenata veći od broja jednadžbi, tada se dvije nepoznate

izraze trećom:

a = α1+β1 g, b = α2+β2 g,

te je P = C .

102. Kako se određuju bezdimenzionalne grupe kod modeliranja primjenom teorije dimenzionalnosti (postupak – procedura)?

1. Sastavi se pregled svih utjecajnih parametara (x1, x2, ..., xn) na proces ili sistem. Ako se

uključe parametri koji nemaju utjecaj na proces dimenzionalna analiza će pokazati da oni ne

spadaju ni u jednu niti u više dimenzionalnih grupa ili će eksperiment pokazati da su

parametri slučajni. Neka su parametri: F, v, ϭ, V, ρ, tj. n=5.

2. Izabere se odnovni mjerni sistem fizikalnih veličina: M (masa), L (dužina), i T (vrijeme).

Tako će biti:

za brzinu v =

,

za silu F =

= ML [kgm ],

za volumen V = LLL = [ ],

za gustoću ρ = , itd.

3. Izvrši se izbor dimenzija nezavisnih parametara, npr. sila F ( ), brzina v ( ),

naprezanje ϭ ( ), volumen V ( ), gustoća ρ ( ).

4. Izaberu se ponavljajući parametri m = 3, tako da ovaj broj mora biti jednak broju dimenzija

r, koji izmeĎu sebe ne mogu dati dimenzionalnu grupu, npr. F, ϭ, V.

5. Odredi se broj bezdimenzionalnih grupa n – m = 2 i postavi se dimenzionalna jednačina

kombiniranjem parametara izabranih u četvrtom koraku.

6. Provjeri se je li svaka dobivena grupa bezdimenzionalna.

103. Koji su osnovni mjerni sistemi fizikalnih veličina koji se koriste u dimenzionalnom modeliranju?

Osnovni mjerni sistemi fizikalnih veličina koji se koriste u dimenzionalnom modeliranju su :

M (masa), L (dužina) i T (vrijeme) pa je :

Page 56: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

za brizinu 11 msLT

T

L

t

sv

,

za silu ,22

2

kgmsMLTT

MLF

za volumen 33 msLLLLV ,

za gustoću 31 msML itd.

104. Prikazati strukturnu vezu ulaznih i izlaznih veličina kod dimenzionalnog modeliranja.

Plastično tečenje metala u procesu valjanja ovisi od niza utjecajnih faktora, što se pomoću

pokazatelja širenja Kbfmože predstaviti strukturnom vezom ulazno – izlaznih veličina, pri

čemu je:

Kbf =f ( P1, P2, P3, ..., Pn), odnosno

Kbf =f ( d, h1, l, D (R), ∆h, ε, έs, v1, T, , m, S, i j).

Page 57: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Proces deform

iranja

Povratna veza

d

h1

l

D (R)

h

ε

έs

v1

T

m

S

I j

Kb

Slika: Strukturna veza ulazno – izlaznih veličina

Promjer obratka d, izlazna debljina valjanog komada h1, kontaktna dužina l, promjer valjaka

D idreĎuju zonu deformacije. Mehaničke karakteristike m i kemijski sastav S definiraju

osnovni materijal, dok apsolutna deformacija ∆h, relativni stupanj deformacije ε, srednja

brzina deformacije έs, brzina valjanja v1 i temperatura T odreĎuju termomehaničke faktore

koji detaljnije opisuju tehnološki proces plastične obrade. Parametri i i j odreĎuju stanje na

kontaktnoj površini i napregnuto stanje u radnoj zoni obratka.

105. Šta je rang matrice r =? kod dimenzionalnog modeliranja?

Rang matrice r je minimalni broj varijabli čijim se jedinicama mogu izraziti jedinice svih n

varijabli, odnosno r je najveći broj dimenzionalnih varijabli od n koje izmeĎu sebe ne mogu

dati dimenzionalne grupe.

Kod primjera matematičkog modela procesa plastičnog tečenja, rang matrice je dimenzije

r=2, tako da je broj nezavisnih grupa m=n-r=9-2=7.

106. Prikazati primjer određivanja bezdimenzionalnih grupa i kako se određuju eksponenti ovih grupa.

Faktorski pokazatelj plastičnog tečenja: ( )

√ Pokazatelj plastičnog tečenja:

Page 58: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Osnovne fizikalne veličine za masu M, dužinu L i vrijeme T odreĎuju jedinicu brzine valjanja

v(LT1), brzinu deformacije (

) i komponenti glavnih naprezanja ( ) Imajući u vidu Buckinghamov teorem da se svaka dimenzionalna homogena funkcija od n-

dimenzionalnih varijabli može iskazati preko (n-r) bezdimenzionalnih grupa moguće je

postaviti dimenzionalnu matricu homogenog sistema jednadžbi:

ai ei gi fi ii mi pi si ui

d D v1

M 0 0 0 0 0 1 1 1 1

L 1 1 1 1 0 -1 -1 -1 -1

T 0 0 0 -1 -1 -2 -2 -2 -2

Rang matrice: r=2

Broj nezavisnih grupa: m=n-r=9-2=7.

Homogeni sistem linearnih jednadžbi:

Za → Za → Za → Za

slijedi odnosno te je

tako je:

∑ (

)

(

)

(

)

(

)

(

)

Koeficijenti odreĎuju se analitičkim putem iz eksperimentalnih rezultata.

107. Značaj i zašto služe eksperimentalne metode?

Eksperimentalne metode se uglavnom razvijaju za rješavanje nelinearnih problema u

mehaničkim konstrukcijama. Eksperimentalne metode omogućuju analizu naprezanja,

deformacija, pomaka (izduženja) i sila opterećenja u realnim uvjetima prakse, za razliku od

analitičkih i numeričkih metoda koje uvijek polaze od odgovarajućih pretpostavki i

aproksimacija što utječe na točnost i pouzdanost dobivenih rezultata. Eksperimentalne metode

omogućuju analizu konstrukcije po pitanju njene nosivosti, stabilnosti, lokalne koncentracije

naprezanja, mehanizma loma, napregnutih stanja, optimizacije oblika i uštede materijala s

obzirom na stanje rasporeda deformacija i naprezanja.Eksperimentalne metode imaju posebno

Page 59: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

značenje u analizi složenih problema kada su znatne teškoće u primjeni analitičkih ili

numeričkih metoda, što se obično javlja u konstrukcijama gdje su izražene koncentracije

naprezanja usljed zareza, djelovanja koncentriranih sila, ekstremne promjene geometrijskog

oblika elementa konstrukcije itd.

108. Klasfikacija eksperimentalnih metoda.

Važnije eksperimentalne metode su:

• fotoelasticimetrija

• tenzometrija

• metoda krhkih lakova

• optičke metode: holografija,interferometrija ..

• metoda analogije

• metoda akustičke emisije

• metoda rendgenskog zračenja.

109. Na čemu se temelji metoda elektrootpornih mjernih traka?

Metoda elektrootpornih mjernih traka temelji se na metodama eksperimentalne analize

naprezanja i deformacija, a gdje se dobije niz podataka bitnih za analizu konstrukcje,

tehničkog sistema ili bilo kojeg objekta izloženog djelovanju opterećenja.

110. Gdje se primjenjuju metode eksperimentalne analize?

Metode eksperimentalne analize se primjenjuju na :

· stvarnim – realnim objektima ili sistemima,

· modelima u laboratorijskim uvjetima i

· kombinirano, ovisno o realnim mogućnostima.

111. Kriteriji za izbor mjerne metode eksperimentalne analize.

Eksperimentalne metode omogućuju analizu naprezanja, deformacija, pomaka (izduženja) i

sila opterećenja u realnim uvjetima prakse, za razliku od analitičkih i numeričkih metoda

koje uvijek polaze od odgovarajućih pretpostavki i aproksimacija što utječe na točnost i

pouzdanost dobivenih rezultata. Dakako, usavršene su analitičke i posebno numeričke

metode, tako da su te razlike u odnosu na rezultate dobivene eksperimentom sve manje.

MeĎutim, eksperimentalne metode su nezamjenjive i to je sigurna dopunska mogućnost da

se doĎe do pouzdanih podataka o stanju deformacija, naprezanja ili pomaka, koji su bitni

za cjelovitu analizu konstrukcije. Jedna od navedene tri veličine dobivene eksperimentalno

je dovoljna da se na temelju poznatih jednadžbi iz Teorije elastičnosti odrede ostale dvije

veličine, uz uvjet poznavanja mehaničkih osobina materijala.

Eksperimentalne metode omogućuju analizu konstrukcije po pitanju njene nosivosti,

stabilnosti, lokalne koncentracije naprezanja, mehanizma loma, napregnutih stanja,

optimizacije oblika i uštede materijala s obzirom na stanje rasporeda deformacija i

naprezanja.

Page 60: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

112. Metodologija izrade plana i priprema ispitivanja.

113. Osnovni princip rada mjerne trake.

Elektrootporne mjerne trake rade na principu električnog otpora struje koja kroz njih

protiče, gdje pod utjecajem sile, odnosno mehaničkog opterećenja, dolazi do promjene

električnog otpora. Mjerenja deformacija, odnosno

izduženja, su stalno prisutna u inženjerskoj praksi, posebno u širokom području

konstrukcijskih elemenata (čelični, betonski i drugi), strojogradnji, mostogradnji, industriji

prevoznih sredstava (industrija automobila, željezničkih vagona), procesnoj industriji itd.

Page 61: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

114. Fizikalni princip rada mjerne trake.

Mjernu traku čini tanka žica koja je savijena nekoliko puta i zaljepljena kvalitetnim

ljepilom na noseći elemenat, koji može biti od sintetičke mase, metalne folije, papira, itd.

Mjerna traka je naljepljena na konstrukciju tako da se deformacije konstrukcije prenose na

osjetljivi dio mjerne trake (slika 17.2). Princip mjerenja deformacija temelji se na osobini žice

da mjenja električni otpor proporcionalno promjeni dužine. Deformacija konstrukcije prenosi

se na osjetljivi žičani dio mjerne trake, pri čemu se rad mjerne trake temelji na linearnom

odnosu izmeĎu promjene električnog otpora i mehaničke dilatacije (izduženja).

115. Prikazati odnos izduženja i promjene električnog otpora.

- specifični otpor žice

L – dužina žice

CD2 – poprečni presjek

Ako se provodnik optereti aksijalnom silom svaka veličina u predhodno navedenom izrazu

mjenja svoju veijednost što se može u općem slučaju prikazati:

2

LR

CD

Page 62: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

2

2 2

( ) 2

( )

CD Ld dL CD LdDdR

CD

Dijeljenjem izraza dobija se:

/ / /1 2

/ / /

dR R dD D d

dL L dL L dL L

Odnosno

/

/

dR R

dL L prestavlja reletivnu promjenu električnog otpora provodnika njegovim

relativnim izduženjem.

116. Šta je faktor mjerne trake?

Faktor trake je funkcija dizajna mjerne trake, kao i legure korištene za izradu mreže

mjerne trake, njene termo mehaničke osobine, i u manjoj mjeri temperature mjerenja.

117. O čemu ovisi koeficijent osjetljivost mjerne trake Kt?

Koeficjent osjetljivosti Kt ovisi o prvobitnom otporu R i izmjeni promjena otpora ∆R.

118. Ako je deformacija ε = 1‰=1000μD i E = 2,1 * 10^5 N/((mm)^2) , koliko je naprezanje σ=?

5 12,1 10 210

1000E x x MPa

119. Kako se kompenzira utjecaj toplinske deformacije pri mjerenju?

Za kompenzaciju naprezanja uslijed savijanja i izvijanja ili za kompenzaciju toplotnih

dilatacija na elastični element se postavljaju četiri kompenzacione mjerne trake

dijametralno suprotno i spojene naizmjenično. Ovako se osigurava potpuna kompenzacija i

povećava osjetljivost pretvarača.

120. Kakve postoje standardne mjerne trake?

Standardne mjerne trake:

A=1,4 – 20 mm (obično 10 mm),

B=1,4 – 10 mm (obično 5-6 mm),

C= 6 – 33 mm ( obično 20 – 25 mm),

D= 5- 15mm ( obično 10 mm)

Page 63: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

121. Koje su specijalne mjerne trake?

Specijalne mjerne trake se koriste kada se mjere izduženja preko granice razvlačenja, a mogu

se upotrijebiti samo jedanput, jer prelaze iz elastičnog u plastično stanje. Specijalne mjerne

trake su:

a) Mjerna traka za velika izduženja,

b) Čelična traka za niske i povišene temperature,

c) Temperaturno-samokompenzirajuća mjerna traka,

d) Temperaturno vanjski kompenzirana mjerna traka,

e) Mjerna traka za visoke temperature sa termootporom,

f) Membranska mjerna traka.

122. Koji su uvjeti za izbor mjernih traka?

Uvjet za izbor mjerne trake je da se one primjenjuje za mjerenje manjih otpora. Osim toga

uvjet je da omogućava da se deformacije konstrukcije prenose na osjetljivi dio mjerne trake.

Standardne mjerne trake se mogu primjeniti kada se mjere izduženja maksimalno do 2%, jer

se do tada ponašaju elastično. Ako se mjere izduženja od 8% do 15% primjenjuju se

specijalne mjerne trake. Treba znati da dio strukture na kome se lijepe trake mora imati

linearnu karakteristiku.

123. Objasni označavanje mjerne trake koja ima oznaku: L Y 11 – 3/120.

Mjerna traka za eksperimentalnu analizu različitih oblika.

L – jednostruka traka,

Y – serija (materijal trake poliamid/constantan),

1 – vrsta i položaj veze,

1 – materijal na koji idu trake – feritni čelik,

3 – dimenzija trake(A),

120 – otpor R=120 Ω

124. Koji je zadatak Vitsonovog mosta?

Zadatak Vitsonovog mosta jeste mjerenje promjene otpora pomoću instrumenta koji je

konstruiran na osnovu Vitsonovog mosta, a koji se napaja jednosmjernom strujom.

125. Prikaz i opis Vitsonovog mosta.

Vitsonov most je pogodan za mjerenje manjih veličina električnog otpora, čime je ispunjen

uvjet za primjenu u tehnici pomoću mjernih traka. U granama mosta su otpori R1, R2, R3 i R4,

gdje se u postupku mjerenja nalaze mjerne trake. Kada je mjernih traka manje od četiri, tada u

Page 64: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

granama mosta gdje nema mjernih traka dolaze pasivni otpornici. Za slučaj uravnoteženog

Vitsonovog mosta otpori u granama mosta su podešeni tako da je napon UAC=0, te je protok

struje iAC=0, pa je:

R1R3=R2R4 ili

Navedeni odnos koristi nultu metodu za mjerenje promjene otpora. Pri promjeni otpora

mjerne trake R1 za ΔR1 nastaće neuravnoteženje mosta. Za uravnoteženje mosta treba

promjeniti otpor R4 za ΔR4. Prije opterećenja most je bio u ravnoteži tj.

R1R3=R2R4 odnosno

Mjerenjem vrijednosti ΔR4 i za poznati odnos R2/R3 odredi se vrijednost ΔR1, odnosno

dilatacija na mjestu gdje je priljepljena mjerna traka.

UE – napajanje mosta

UA – izlazni napon

UA =0 – uravnoteženi Vitsonov most

Rg – otpor galvanometra

Page 65: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Vitsonov most

126. Kako se određuje-registruje izlazni napon na Vitsonovom mostu?

U općem slučaju opterećenja odnos izlaznog napona i napona napajanja mosta glasi:

( )( )

Za slučaj: R1=R2=R3=R4 ili R1 : R2=R4 : R3 : (UA/UE) = 0

a i za uvjet da ΔRi<<Ri, što je slučaj sa mjernim trakama. Kada se zanemare članovi višeg

reda , dobije se odnos:

[

]

Page 66: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Odnosno:

( )

Gdje je:

ε-deformacija, R1...R4-otpornici (mjerne trake), UE-napajanje mosta, UA-izlazni napon mosta,

Kt – faktor mjerne trake.

127. Kako se očituju stvarna izduženja (dilatacije)?

Stvarno izduženje (dilatacija) materijala se odredi prema izrazu :

gdje su :

n – broj aktivnih mjernih traka,

Kt – faktor mjerne trake,

K0 – faktor instrumenta,

Ck – korektivni faktor zbog omskog otpora trake,

ak - korektivni faktor zbog dužine provodnika,

e - očitana vrijednost deformacije ( e = Dl / l).

128. Kako se odredi stvarno naprezanje?

Naprezanje se odredi po izrazu :

Kod savremenih ureĎaja za tenzometrijska ispitivanja rezultat se direktno očitava na

računalu, pa nema potrebe za ovim računanjem.

129. Šta je pretvarač, kakav ima zadatak i na kome principu radi?

Pretvarač ili elastični element je prvi član mjernog sistema koji prima mehaničko opterećenje

i pretvara fizikalnu (mehaničku) veličinu u električnu. Na elastičnom elementu pretvarača se

lijepe mjerne trake koje preuzimaju dilatacije elastičnog elementa i preko promjene

električnog otpora registruju električni signal. Osnovna karakteristika svakog mjernog

elementa, kao elastične strukture, sastoji se u tome da dio strukture na kome se lijepe trake

mora imati linearnu karakteristiku.

Page 67: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

130. Koja je granica opterećenja mjernog davača?

Za vrijeme mjerenja opterećenja elastični element treba biti u području elastičnosti (σ σe)

kako ne bi pretrpio plastične deformacije jer bi tada bio neupotrebljiv, a dobiveni rezultati ne

bi odgovarali stvarnom stanju.

131. Kako davač prima i prenosi mjerenu veličinu? Pretvarač ili elastični element je prvi član mjernog sistema koji prima mehaničko opterećenje

i pretvara fizikalnu (mehaničku) veličinu u električnu. Na elastičnom elementu pretvarača se

lijepe mjerne trake koje preuzimaju dilatacije elastičnog elementa i preko promjene

električnog otpora registruju električni signal. Osnovna karakteristika svakog mjernog

elementa, kao elastične strukture, sastoji se u tome da dio strukture na kome se lijepe trake

mora imati linearnu karakteristiku.

132. Preopterećenje i dozvoljeno opterećenje pretvarača.

Praksa pokazuje da je najveći broj pretvarača oštećen zbog preopterećenja. Obično se dopušta

preopterećenje do 150% u odnosu na nominalno opterećenje.

133. Prikazati šemu pretvarača i šemu spajanja mjernih traka. Mjerna traka sa Wheatstonovim mostom se koristi za mjerenje el.otpora i to za dvije situacije:

za mjerenje apsolutnog iznosa otpora, poreĎenjem s poznatim otporom i

za mjerenje relativne promjene električnog otpora.

Šema pretvarača mjerne trake

Page 68: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Na slici 2.0 je prikazana šema spajanja mjerne trake. U tačkama 2 i 3 se spajaju grane za

napajanje mosta VS jednosmjernim ili naizmjeničnim naponom. U tačkama 1 i 4 se skida

izlazni napon Vo koji predstavlja mjerni signal.

Šema spajanja mjerne trake

Omogućava mjerenje promjene otpora u granicama 10-4

do 10-7

sa odličnom tačnošću. Četiri

grane mosta se formiraju od otpornika R1 do R4

134. Koliko je naprezanje u elastičnom elementu pretvarača, ako je modul elastičnosti materijala E = 2,1 * 105 N/((mm) 2) , faktor mjerne trake Kt=2, Poissonov koeficijent v=0.35 i izlazni signal koji se mjeri Ua/Ub=0.0015?

=233,33 MPS

135. Pri izračunavanju elestičnog elementa što treba usvojiti? Pri izračunavanju elestičnog elementa treba usvojiti slijedeće:

Aktivne mjerne trake aplicirane na objekat ispitivanja ili mjerni pretvarač,

Kompenzacione mjerne trake (pasivni elementi koji služe za kompenzaciju uticaja

temperature ili drugih efekata) i

Metalni (folijski) otpornici velike tačnosti i stabilnosti.

Page 69: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Dopuna:

Treba usvojiti:

- očekivanu maksimalnu silu (F=Fmax),

- deformaciju u granicama e = (0,05, 0,1%), odnosno (0,0005 ¸ 0,001),

- modul elastičnosti i

- jednu od dimenzija elastičnog elementa dv ili du ovisno o raspoloživom prostoru za

lokaciju pretvarača.

136. Koje su dobre osobine elektrootpornih pretvarača s mjernim trakama? Mjerne trake su jedan od najčešće korištenih mjernih pretvarača.

Mjerna traka je kao otpornički pretvarač jeftina, neznatne je krutosti i male dužine. Može se

koristiti za mjerenja statički i dinamički opterećenih konstrukcija.

137. Prikazati strukturu mjernog sistema s opisom.

Slika. Struktura mjernog sistema

Davač (pretvarač) je najosjetljiviji elemenat mjernog lanca. Pretvarač pretvara mehaničku

veličinu u električni oblik.Preklopnik omogućava odabir odgovarajućeg davača. Pojačalo

služi za pojačavanje slabog električnog signala dobivenog od pretvarača. Pojačalo može da

ima mogućnost podešavanja linearnosti i podešavanje nule (početno stanje se odredi kao nulta

vrijednost). Izlazni signal iz pojačala može biti struja ili napon srazmjeran mjerenoj

mehaničkoj veličini i digitalni broj koji opisuje vrijednost mjerene veličine. Pretvarač služi za

pretvaranje dobivenih veličina pogodnih za računarsku obradu, i osnovne karakteristike

mjernog pretvarača su : linearnost ulaza i izlaza idinamičkih veličina koje se mjere.U

suvremenim mjernim sistemima računar služi za prikaz i obradu mjerenih rezultata, a pisač

služi za ispis rezultata obrade.

138. Zadatak mjernog pojačala?

Pojačalo služi za pojačavanje slabog električnog signala dobivenog od pretvarača.. Ima

mogućnost podešavanja linearnosti i podešavanja nule.Izlazni signal iz pojačala može biti

struja ili napon srazmjeran mjerenoj mehaničkoj veličini i digitalni broj koi opisuje vrijednost

mjerene veličine.

Davači Preklopnik Pojačalo Pretvarač Računar

Pisač 1

2

3

A

D

Page 70: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

139. Koje mogućnosti ima pojačalo?

Pojačalo služi za pojačavanje slabog električnog signala dobivenog od pretvarača.

Pojačalo može da ima mogućnost podešavanja linearnosti i podešavanje nule (početno stanje

se odredi kao nulta vrijednost). Izlazni signal iz pojačala može biti struja ili napon srazmjeran

mjerenoj mehaničkoj veličini i digitalni broj koji opisuje vrijednost mjerene veličine.

140. Prikazati osnovne slučajeve opterećenja (1/4; ½; 1/1 most) sa skicom Vitstonovog mosta i MT-a.

1. Normalno naprezanje (jednoosno stanje naprezanja)

a) Veza 1/4 most

uzdužno naprezanje:

poprečno naprezanje:

izlazni napon:

( )

Karakteristike povezivanja:

- mjerni signal proporcionalan je sili ili naprezanju,

- kompenzacija temperature nije postignuta (to znači da uticaj temperature unosi grešku

u mjerenje),

- superponirano savijanje (ukoliko postoji) manifestira se kao greška mjerenja.

Page 71: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

b) Veza u 2/4 most

( )

( )

Karakteristike povezivanja:

- mjerni signal dvostruko je veći nego u slučaju (a),

- kompenzacija temperature nije postignuta (tj. uticaj temperature unosi grešku

- u mjerenje),

- superponirano savijanje ne manifestira se kao greška jer se kompenzira.

c) Veza 1/2 most

Page 72: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

( )

( )

( )

( )

Karakteristike povezivanja:

- mjerni signal za 30% je veći nego u slučaju (a),

- kompenzira se utjecaj temperature,

- superponirano savijanje (ukoliko postoji) manifestira se kao greška mjerenja.

d) Veza 1/1 most

( )

( )

( )

( )

Karakteristike povezivanja:

- mjerni signal je za faktor 2,6 veći nego u slučaju (a),

- kompenzira se uticaj temperature,

- superponirano savijanje (ukoliko postoji) se kompenzira.

Page 73: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

2. Savijanje

a) Veza u 1/4 most

( )

- Mjerni signal proporcionalan je veličini momenta ili naprezanja.

- Kompenzacija uticaja temperature nije postignuta, odnosno uticaj temperature

- unosi greške u mjerenje.

- Superponirano normalno naprezanje (ukoliko postoji) manifestira se kao

- greška u mjerenju.

b) Veza 1/2 most

Page 74: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

( )

( )

Karakteristike povezivanja:

- mjerni signal je dvostruko veći u odnosu na slučaj (a),

- uticaj temperature je kompenziran,

- superponirano normalno opterećenje je kompenzirano.

c) Veza u 1/1 most

( )

( )

Karakteristike povezivanja:

- mjerni signal je četiri puta veći u odnosu na slučaj (a),

- uticaj temperature je kompenziran,

- superponirano normalno opterećenje je kompenzirano.

3. Smicanje

Smicajna naprezanja τ ili kut smicanja γ nije moguće neposredno mjeriti putem mjernih

traka. Mjerljive su deformacije koje proističu iz normalnih naprezanja. Normalna

naprezanja javljaju se i kod smicanja.

Maksimalne vrijednosti normalnih naprezanja javljaju se pod kutom ± 45º u odnosu na

pravac smicanja, pa važi sljedeća relacija:

Kod čistog smicanja, naprezanja smicanja su glavna naprezanja, a pravci glavnih

naprezanja leže pod kutom od ±45º na pravac smicanja:

Page 75: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

a) Veza u 1/4 most

( )

Karakteristike povezivanja:

- mjerni signal proporcionalan je naprezanju smicanja τ,

- uticaj temperature nije kompenziran,

- uticaji savijanja, kao posljedica djelovanja sila iz ostalih pravaca, kao i uticaji

- normalnih naprezanja nisu kompenzirani.

b) Veza u 1/2 most

( )

( )

Karakteristike povezivanja:

- mjerni signal dvostruko je veći u odnosu na slučaj (a),

- uticaj temperature je kompenziran,

- uticaji savijanja, kao posljedica djelovanja sile iz ostalih pravaca, kao i uticaji

- normalnih naprezanja su kompenzirani.

Page 76: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

4. Torzija

U slučaju uvijanja, kao i u slučaju smicanja, vrši se mjerenje dilatacije pod kutom ±45º, tj.

u pravcu glavnih naprezanja. Za taj slučaj važe slijedeće relacije:

gdje je: L – dužina vratila, d – prečnik vratila, - kut torzije

a) Veza u 1/2 most

( )

( )

Karakteristike povezivanja:

- mjerni signal proporcionalan je maksimalnom smicajnom naprezanju, ili

- obrtnom momentu,

- uticaj temperature je kompenziran,

- uticaj superponiranih normalnih napona je kompenziran,

- uticaj savijanja u x i y pravcu je kompenziran.

Page 77: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

b) Veza u 1/1 most

( )

( )

141. Navesti nekoliko primjera primjene mjernih traka.

Možemo razlikovati nekoliko vrsta mjernih traka:

- Standardne mjerne trake

- Specijalne mjerne trake

- Mjerna traka za velika izduženja

- Čelična mjerna traka za niske i povišene temperature

- Temperaturno – samokompenzirajuća mjerna traka

- Temperaturno vanjski kompenzirana mjerna traka

- Mjerna traka za visoke temperature sa termootporom

- Membranska mjerna traka

142. Što se sve može mjeriti mjernim trakama?

Mjernu traku čini tanka žica koja je savijena nekoliko puta i zaljepljena kvalitetnim

ljepilom na noseći elemenat, koji može biti od sintetičke mase, metalne folije, papira, itd.

Mjerna traka je naljepljena na konstrukciju tako da se deformacije konstrukcije prenose na

osjetljivi dio mjerne trake.

Mjerimo naprezanja i deformacije pri različitim vrstama naprezanja kao što su : aksijalna sila,

savijanje, torzija,....

Analiza napona u konstrukcijama:

jednoosno naponsko stanje

ravansko naponsko stanje

zaostali naponi

termički naponi

Page 78: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

gradijenti napona

Konstrukcija mjernih pretvarača za mjerenje mehaničkih veličina:

mjerenje dilatacija i napona

mjerenje sile i mase

mjerenje obrtnog momenta

mjerenje pritiska

mjerenje pomjeranja

mjerenje vibracija

statička, kvazistatička i dinamička mjerenja na konstrukcijama

143. Šta je kalibracija mjernih pretvarača, kako se izvodi, prikazati pravac linearnosti kalibracije?

Page 79: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

144. Prikazati šemu veze mjernih traka i mjernih pretvarača.

145. Prikazati šemu veze mjernih pretvarača u mjerni sistem.

MeĎusobnim povezivanjem elemenata mjernog sistema dobije se osnovni mjerni lanac koji

ima:

- davač (pretvarač),

- pojačalo i

- registrator.

U modernim sistemima, računari se koriste za prikaz i obradu rezultata mjerenja:

Page 80: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

146. Šta se podrazumijeva pod polarizaciono.optičkom metodom mjerenja tzv. fotoelastična metoda?

Fotoelasticimetrija ili fotoelastičnost, kako se ranije zvala, temelji se na osobini nekih

providnih materijala da mjenjaju optičke osobine pri napregnutom stanju. Fotoelastičnost se

javlja u optički osjetljivim materijalima kada se svijetlosni zrak pri prolasku dijeli u dvije

zrake koje se kreću po pravcima glavnih naprezanja različitim brzinama. Njihova brzina

ovisi od veličine glavnih naprezanja.

Dakle, optička promjenljivost u materijalu odražava se preko naprezanja i razlike

naprezanja, čiji intenzitet ovisi o vrijednosti opterećenja modela i geometrijskih

karakteristika konstrukcije.

147. Šta su foto osjetljivi materijali i zašto se koriste?

Fotoelasticimetrija ili fotoelastičnost, kako se ranije zvala, temelji se na osobinama nekih

providnih materijala koje nazivamo fotoelestičnim. Fotoelastični materijali imaju osobinu da

mjenjaju optičke osobine pri napregnutom stanju. Fotoelastičnost se javlja u optički

osjetljivim materijalima kada se svijetlosni zrak pri prolasku dijeli u dvije zrake koje se kreću

po pravcima glavnih naprezanja različitim brzinama. Njihova brzina ovisi od veličine glavnih

naprezanja.

Fotoelastično odreĎivanje naprezanja i deformacija najprije je primjenjeno pri rješavanju

ravninskih problema (modeli konstrukcija izraĎeni od ploča fotoelastičnog materijala), a

zatim prostornih modela. Fotoelastični materijali u napregnutom stanju postaju optički

dvolomni (optički anizotropni).

148. Metoda fotoelastične osjetljive obloge.

Direktno odreĎivanje naprezanja na površini konstruktivnog elementa se postiže ljepljenjem

tanke obloge modelskog materijala debljine 1,0 – 2,5 mm na površinu ispitivane konstrukcije.

Ljepljenje modelskog materijala se izvodi obično dvokomponentnim ljepilom. Pri

deformiranju konstrukcije, deformacije se prenose na fotoelastičnu oblogu, tako da su

deformacije površine konstrukcije i fotoelastične obloge jednake, a moduli elastičnosti i

Poasonovi koeficijenti različiti, pa i naprezanja moraju biti različita (slika 17.36).

Razlika glavnih naprezanja u oblizi iznosi:

Page 81: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

gdje su:

- N – red izohrome

- – fotoelastična konstanta

- – debljina obloge(2 radi dva prolaska kroz oblogu)

Da bi se izračunalo naprezanje u modelu, potrebno je uspostaviti odnos glavnih naprezanja u

modelu i

i reda izohrome. Veza izmeĎu naprezanja u oblozi i deformacija je

odreĎen Hukovim zakonom:

(

)

(

)

Deformacije obloge i modela su jednake,

i

, pa ih je moguće zamijeniti:

(

)

(

)

Primjenimo li Hukov zakon na model:

(

)

(

)

Uvrštavanjem izraza za

u izraze za naprezanja u oblozi, i

, dobije se:

( )

( )(

)

Iz datog izraza, nakon sreĎivanja dobijemo razliku glavnih naprezanja u modelu/konstrukciji:

( )

( )

gdje su :

- Poasonov koeficijent materijala konstrukcije i fotoelastične obloge,

- modul elastičnosti materijala konstrukcije i materijala obloge.

Page 82: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

149. Metoda zamrzavanja naprezanja

Fotoelasticimetrijsko ispitivanje 3D modela je složenije nego kod jednoosnih i ravno

napregnutih stanja, jer se prostorno mjenjaju pravci glavnih naprezanja. Za ispitivanje

naprezanja i deformacija kod prostornih modela najviše se primjenjuje metoda zamrzavanja

naprezanja, zbog mogućnosti primjene i umjerenih troškova ispitivanja. Ovu metodu je prvi

opisao Opel (Oppel) 1936. godine izvodeći eksperimente na polimernim materijalima.

Nakon toga opća teorijska analiza ove metode dana je 1955. godine, ali primjena je radi

loših svojstava fotoelastičnih materijala uslijedila tek u posljednjih trideset godina.

Osnovna karakteristika ove metode je što model izraĎen od fotoelastičnog materijala nakon

obavljenog zagrijavanja na temperaturi 100˚ do 150˚ C, a zatim hlaĎenja zadržava

naprezanja i deformacije na sobnoj temperaturi i nakon prestanka opterećenja. Na ovaj način

su «zamrznute» deformacije pa se model može razrezati na tanke ploče radi nastavka

ispitivanja kao dvodimenzionalnog modela. Proces «zamrzavanja» deformacija je

reverzibilan, pa ponovnim zagrijavanjem na kritičnu temperaturu model dolazi u stanje koje

je postojalo prije opterećenja. Dakle fotoelastični efekat nestaje.

Metoda zamrzavanja naprezanja primjenjuje se kod kružnih ploča nejednake debljine,

kvadratnih ploča oslonjenih na rubove i izloženih na savijanje, kod strojnih elemenata

(osovine, zupčanici, noseće strukture,…), opterećenih na pritisak, savijanje ili složeno

opterećenje, te kod elemenata gdje su koncentrisana dinamička opterećenja.

Metoda zamrzavanja naprezanja

Model za odreĎivanje naprezanja metodom zamrzavanja naprezanja izradi se lijevanjem,

zatim se strojno obradi, uz uvjet da se obradom ne unesu toplinska naprezanja koja mogu da

potpuno promjene sliku izohroma, a potom zagrije na kritičnu temperaturu i optereti nakon

čega se temperatura polagano snizuje do sobne temperature. Nakon rasterećenja model se reže

u ploče debljine 1 do 3 mm za promatranje u polariskopu.

Kod simetričnih elemenata uz uvjet da je opterećenje simetrično javljaju se maksimalna

naprezanja u ravnini simetrije.

Ispitivanjem simetričnog sloja u polariskopu dobija se slika izohroma sa dva glavna

naprezanja i te je:

gdje je:

– fotoelastična konstanta naprezanja pri kritičnoj temperaturi

h – debljina sloja

N – red izohrome.

Page 83: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

Kako je treće naprezanje, okomito na ravninu sloja, te je prolazak svijetlosti paralelan s

pravcem tog naprezanja, tada je , pa je red izohrome:

( )

Pojedinačna naprezanja se mogu odrediti pomoću metode kosog osvjetljavanja.

Ploča se rotira u odnosu na polarizator, te tada dolazi do kosog prolaska svjetla kroz ploču.

Debljina ploče sada je ⁄ , a naprezanje , pa je red izohrome:

( )

(

⁄ )

Razlika naprezanja:

gdje je - red izohrome dobiven kosim osvjetljevanjam.

Ako se uzmu odnosi:

Page 84: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

tada se izrazi za red izohroma pretvore u :

te:

Nakon sreĎivanja dobijemo:

( )

)

Pomoću Tardijeva ili Senarmonova kompenzatora dobiju se redovi izohroma, te se na osnovu

godnjih formula mogu dobiti i vrijednosti naprezanja i .

150. Šta je fotoelastična konstanta foto osjetljivih materijala?

Fotoelastična svojstva materijala se opisuju fotoelastičnom konstantom. Ovaj

koeficijent se odreĎuje za specifičnu talasnu dužinu i temperaturu. Za izračunavanje razlike

glavnih naprezanja u modelu, potrebno je znati fotoelastičnu konstantu modela.

Ova konstanta je povezana s brojem rubova koji će nastati po jedinici opterećenja. Ona

odreĎuje osjetljivost fotoelastičnog materijala. Što je ona niža, to je materijal osjetljiviji.

Modul elastičnosti E i fotoelastična konstanta se mjenjaju za isti materijal i više od 10%

ovisno o izradi i termičkoj obradi. Zbog toga, uz svaki fotoelastični model potrebno je ove

veličine baždariti. Baždarenje se provodi za dvodimenzionalni model na štapu opterećenom

na zatezanje ili za trodimenzionalni model na gredi opterećenoj na čisto savijanje.

Fotoelastična konstanta fσ pokazuje koliko je osjetljiv materijal i ona treba da bude niža u

odnosu na modul elastičnosti E (E / fσ ). Što znači: što je veći odnos izmeĎu E / fσ materijal je

fotoelastično osjetljiviji, odnosno materijal je bolji. OdreĎivanje vrijednosti fotoelastične

konstante mora se vršiti na probnom uzorku od istog materjiala od koga je napravljen model.

Page 85: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

151. Šta se izrađuje od fotoosjetljivih materijala i kakva se izvode ispitivanja? Od fotoosjetljivih materijala izraĎuju se tanke modelske obloge 1-2,5mm koje se ljepe

dvokomponentinim ljepilom na površinu ispitivane konstrukcije, a izvode se ispitivanja

deformacije i naprezanja na ravninskim i prostornim modelima.

Od fotoosjetljivih materijala se izraĎuju konstrukcijski modeli koji se izlažu naprezanju tj

podvrgavaju različitim silama te se ovi modeli promatraju u jednostavnim ili složenim

polariskopima, zatim bilježe rezultati promatranja u vidu slika.

Izgled slike ovisi o obliku modela, stanju naprezamja, optičkim karakteristikama materijala

modela, temperaturi itd.

Polariskop je optički ureĎaj u kome se izvodi analiza napregnutog modela uz odreĎivanje

stanja naprezanja.

Izokline su interferacijske linije dobivene povezivanjem tamnih tačaka tj ove linije spajaju

mjesta na modelu u kojima pravci glavnih naprezanja čine jednak kut sa nekom izabranom

osom. Izokline su linije u čijim točkama su pravci glavnih naprezanja jednaki, odnosno to su

linje duž kojih glavna naprezanja imaju stalan pravac.

Izohrome su linije duž kojih su razlike glavnih naprezanja konstante, tj. σ1 – σ2 = const.

Red izohrome se odredi pomoću fotografije, pri čemu se prvo traži izohroma nultog reda od

koje se broje izohrome redom. Izohromu nultog reda najlakše je odrediti ako na konturi

modela postoji ispupčenje kao u točki A, gdje su i najmanja naprezanja (slika 17.33). Ako se

model posmatra u bijelom svjetlu, izohroma nultog reda se lako odredi, jer je nulta izohroma

uvijek crna dok su ostale izohrome bijele.

Slika 17.32 Primjer izokline Slika 17.33 OdreĎivanje reda

izohrome na modelu

Pomoću slike izoklina se odrede pravci glavnih naprezanja, dok se poznavanjem reda

izohrome odredi njihova razlika (σ1 - σ2).

Izvode se ispitivanja:

- ispitivanje ravninskog stanja naprezanja ( naprezanje po dubini ne mijenja)

Page 86: 93508704 Pitanja i Odgovori Modeliranje Ispit

- metoda kosog osvjetljavanja (ova metoda se koristi za dopunske informacije o

izohromi kada su potrebne pojedinačne vrijednosti glavnih naprezanja koje se ne

mogu odrediti na temelju fotoelastičnih snimaka izohroma i izoklina,

- metode ispitivanja prostornog stanja naprezanja:

metoda fotoelastične obloge, odreĎivanje naprezanja na površini

konstruktivnog elementa

metoda zamrzavanja naprezanja, najviše se primjenjuje zbog mogućnosti

primjene i umjerenih troškova ispitivanja.( Osnovna karakteristika ove metode je

što model izraĎen od fotoelastičnog materijala nakon obavljenog zagrijavanja na

temperaturi 100˚ do 150˚ C, a zatim hlaĎenja zadržava naprezanja i deformacije na

sobnoj temperaturi i nakon prestanka opterećenja. Na ovaj način su «zamrznute»

deformacije pa se model može razrezati na tanke ploče radi nastavka ispitivanja

kao dvodimenzionalnog modela. Proces «zamrzavanja» deformacija je

reverzibilan, pa ponovnim zagrijavanjem na kritičnu temperaturu model dolazi u

stanje koje je postojalo prije opterećenja.

metoda ugraĎenog refleksijskog sloja slično metodi fotoelastične obloge

metoda višeslojnog modela model se ovdje izraĎuje iz više paralelnih slojeva od

kojih je svaki sloj iz drugog fotoelastičnog materijala različite fotoelastične

konstante

metoda raspršenog svjetla primarno svjetlo koje prolazi kroz prozirni koloidni

medij izaziva pri sudaru sa česticama medija sekundarno svjetlo, koje se raspršuje

u svim pravcima ravnine okomite na primarnu zraku svjetla.