Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 96467 10.12737/2219-0767-2025-104-116 Технические науки Технические науки Software package for automated processing of rheological experiment results Программный комплекс автоматизированной обработки результатов реологического эксперимента https://orcid.org/0000-0002-3836-9407 Хвостов Анатолий Анатольевич Khvostov Anatoly A. https://orcid.org/0000-0002-2194-767X Журавлев А. А. Zhuravlev A. A.

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Рябов Сергей Владимирович Ryabov Sergey Vladimirovich https://orcid.org/0000-0003-1050-036X Шипилова Елена Алексеевна Shipilova Elena Alekseevna elen_ship@list.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Чеботарев Андрей Сергеевич Chebotarev Andrey Sergeevich Воронежский государственный технический университет Воронеж Россия Voronezh State Technical University Voronezh Russian Federation Воронежский государственный университет инженерных технологий Воронеж Россия Voronezh State University of Engineering Technologies Voronezh Russian Federation Военный учебно-научный центр Военно-возд ушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» Министерства обороны Российской Федерации Воронеж Россия Military Educational and Scientific Centre of the Air Force N.E. Zhukovsky and Yu.A.Gagarin Air Force Academy of the Ministry of Defence o f the Russian Federation Voronezh Russian Federation Военный учебно-научный центр военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» Воронеж Россия Military Educational and Scientific Centre of the Air Force N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin Air Force Academy Voronezh Russian Federation 21 05 2025 21 05 2025 18 1 104 116 20 03 2025 20 03 2025 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/96467/view

Рассмотрены задачи практической реологии, связанные со структурно-параметрической идентификацией реологических моделей неньютоновских сред. Показаны проблемы, возникающие при обработке данных реологического эксперимента, в ротационной и капиллярной вискозиметрии. Подчёркивается необходимость формализации математических зависимостей вязкости от скорости сдвига и температуры. Указывается сложность многоуровневой организации вискозиметрического эксперимента, включая многофакторность воздействия и откликов системы, большую размерность данных, сложность алгоритмов планирования и проведения эксперимента, а также наличие неконтролируемых возмущений. Для автоматизированной обработки результатов реологических экспериментов предлагается программный комплекс, позволяющий проводить параметрическую идентификации температурно-скоростных зависимостей вязкости псевдопластичных сред. В качестве реологической модели принята модель Оствальда-де-Виля, отражающая зависимость вязкости от скорости сдвига. Для учета влияния температуры на вязкость, модель дополнена уравнением Аррениуса-Френкеля-Эйринга (2). Параметрическая идентификация проводится по критерию минимума суммы квадратов отклонений между экспериментальными и рассчитанными по модели значениям вязкости. Программный продукт разработан на языке программирования Free Pascal с использованием среды разработки Lazarus 2.0.10 FPC 3.2.0. Операционная система Windows x64 7/8/10/11. Программа имеет открытый программный код, что позволяет заинтересованным лицам самостоятельно ее модифицировать и разрабатывать дополнительный функционал. Верификация и валидация программного продукта подтвердили его работоспособность, соответствие заданным требованиям и достоверность получаемых результатов. Практическое использование программы позволяет повысить качество и снизить трудоемкость научно-практической деятельности, сократить сроки экспериментальных исследований и повысить научный уровень выводов, вытекающих из опытных исследований.

Problems of practical rheology related to structural-parametric identification of rheological models of non-Newtonian media are considered. Problems encountered in processing rheological experiment data in rotational and capillary viscometry are shown. The need to formalize the mathematical dependence of viscosity on shear rate and temperature is emphasized. The complexity of the multi-level organization of the viscometric experiment is indicat-ed, including the multifactorial impact and responses of the system, the large dimension of the data, the complexity of the algorithms for planning and conducting the experi-ment, as well as the presence of uncontrolled perturba-tions. For automated processing of the results of rheologi-cal experiments, a software package is proposed that al-lows parametric identification of temperature-velocity dependencies of viscosity of pseudoplastic media. The Ost-wald-de-Ville model was adopted as a rheological model, reflecting the dependence of elm bone on shear rate. To account for the effect of temperature on viscosity, the mod-el is supplemented by the Arrhenius-Frenkel-Eyring equa-tion (2). Parametric identification is carried out according to the minimum criterion of the sum of squares of devia-tions between experimental and model-calculated viscosity values. The software product was developed in the Free Pascal programming language using the Lazarus 2.0.10 FPC 3.2.0 development environment. Operating system Windows x64 7/8/10/11. The program has an open source code, which allows interested parties to independently modify it and develop additional functionality. Verification and validation of the software product confirmed its oper-ability, compliance with the specified requirements and reliability of the results obtained. Practical use of the pro-gram allows you to improve the quality and reduce the complexity of scientific and practical activities, reduce the time of experimental research and increase the scientific level of conclusions arising from experimental research.

 реология вязкость неньютоновская жидкость виско-зиметр идентификация программное обеспечение интерфейс подпрограмма верификация валидация. viscometer identification software interface subroutine verification validation.

Kailasham R, Chakrabarti R, Prakash JR. Shear viscosity for finitely extensible chains with fluctuating internal friction and hydrodynamic interactions. Journal of Rheology. 2023;67(1):105–123. Kailasham R, Chakrabarti R, Prakash JR. Shear viscosity for finitely extensible chains with fluctuating internal friction and hydrodynamic interactions. Journal of Rheology. 2023;67(1):105–123. Deou J., Bessaies-Bey H., Declercq F., et al. 2022. Decrease of the amount of fat in chocolate at constant viscosity by optimizing the particle size distribution of chocolate. Food Structure 31: 100253. Deou J., Bessaies-Bey H., Declercq F., et al. 2022. Decrease of the amount of fat in chocolate at constant viscosity by optimizing the particle size distribution of chocolate. Food Structure 31: 100253. Bredikhin SA, Martekha AN, Andreev VN, Kaverina YuE, Korotkiy IA. Rheological Properties of Mayonnaise with Non-Traditional Ingredients. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(4):739–749. Bredikhin SA, Martekha AN, Andreev VN, Kaverina YuE, Korotkiy IA. Rheological Properties of Mayonnaise with Non-Traditional Ingredients. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(4):739–749. Hussein AMS, Abd El-Aal HA, Morsy NM, Hassona MM. Chemical, rheological, and sensory properties of wheat biscuits fortified with local buckwheat. Foods and Raw Materials. 2024;12(1):156–167. Hussein AMS, Abd El-Aal HA, Morsy NM, Hassona MM. Chemical, rheological, and sensory properties of wheat biscuits fortified with local buckwheat. Foods and Raw Materials. 2024;12(1):156–167. Borker NS, Koch DL. Shear rheology of a dilute suspension of thin rings. Journal of Rheology. 2023;67(3):723. Borker NS, Koch DL. Shear rheology of a dilute suspension of thin rings. Journal of Rheology. 2023;67(3):723. Hasan W., Khan M.N. Rheological characterization of vegetable oil blends: Effect of shear rate, temperature, and short-term heating // Journal of Food Process Engineering. 2020. Vol. 43, e13396. Hasan W., Khan M.N. Rheological characterization of vegetable oil blends: Effect of shear rate, temperature, and short-term heating // Journal of Food Process Engineering. 2020. Vol. 43, e13396. B.B. Damdinov, V.A. Danilova, A.V. Minakov, M.I. Pryazhnikov, Rheological Properties of PVDF Solutions, J. Sib. Fed. Univ. Math. Phys., 2021, 14(3), 265–272. B.B. Damdinov, V.A. Danilova, A.V. Minakov, M.I. Pryazhnikov, Rheological Properties of PVDF Solutions, J. Sib. Fed. Univ. Math. Phys., 2021, 14(3), 265–272. Khvostov А. Estimationof the Error in calculating the integral characteristics of the flow structured liquid-like media in a cylindrical channel / A. Khvostov, A. Zhuravlev, E. Shipilova, A. Nikitchenko and D. Vnukov // Proceedings – 2021 3nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency, (SUMMA) 10 – 12 Nov. 2021, 2021, pp. 73 – 77. Khvostov A. Estimationof the Error in calculating the integral characteristics of the flow structured liquid-like media in a cylindrical channel / A. Khvostov, A. Zhuravlev, E. Shipilova, A. Nikitchenko and D. Vnukov // Proceedings – 2021 3nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency, (SUMMA) 10 – 12 Nov. 2021, 2021, pp. 73 – 77. Дуркин В.В. Анализ реологических моделей течения жидкостей для горно-буровой практики и нефтегазового дела / В.В. Дуркин, В.М. Уляшева // Инженер-нефтяник. 2022. №2. С. 48-52. Durkin V.V. Analysis of rheological models of fluid flow for mining and drilling practice and oil and gas business / V.V. Durkin, V.M. Ulyasheva // An oil engineer. 2022. No. 2. pp. 48-52. Иванов А.В. Неопределенность в задачах формализации эмпирических реологических моделей неньютоновских сред / А.В. Иванов, А.А. Хвостов, А.А. Журавлев // Моделирование энергоинформационных процессов : / Сборник статей XI национальной научно-практической конференции с международным участием (26 – 28.12.2022). – Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – Воронеж: ВГУИТ, 2022. – С. 166 – 172. Ivanov A.V. Uncertainty in the tasks of formalizing empirical rheological models of non-Newtonian media / A.V. Ivanov, A.A. Khvostov, A.A. Zhuravlev // Modeling of energy information processes : / Collection of articles of the XI National Scientific and practical conference with international participation (26 - 28.12.2022). Voronezh State University of Engineering Technology, Voronezh: VGUIT, 2022, pp. 166-172. Цыпин А.П., Сорокин А.С. Статистические пакеты программ в социально-экономических исследованиях // Азимут научных исследований: экономика и управление. – 2016. – Т. 5, № 4 (17). – С. 379–384. Tsypin A.P., Sorokin A.S. Statistical software packages in socio-economic research // Azimut of scientific research: economics and Management. - 2016. – Vol. 5, No. 4 (17). – pp. 379-384. Михайлов Д.Ю. Краткий обзор математического программного обеспечения / Д.Ю. Михайлов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 4. С. 325 – 333. Mikhailov D.Y. A brief overview of mathematical software / D.Y. Mikhailov // Izvestiya TulSU. Technical sciences. 2019. Issue 4. pp. 325 – 333. Осипов А.А. Применение компьютерных математических пакетов для статистической обработки данных / А.А. Осипов, Е.Н. Рябухо // Общество, образование, наука в современных парадигмах развития: материалы IV Национальной научно-практической конференции. Керчь, 09-10 ноября 2023 г. – Керчь: ФГБОУ ВО "Керченский государственный морской технологический университет", 2023. – С. 83 – 94. Osipov A.A. Application of computer mathematical packages for statistical data processing / A.A. Osipov, E.N. Ryabukho // Society, education, science in modern development paradigms: proceedings of the IV National Scientific and Practical Conference. Kerch, November 09-10, 2023 – Kerch: Kerch State Marine Technological University, 2023, pp. 83-94. Полонский А.М. Импортозамещение программного обеспечения и организация обучения студентов с использованием отечественного или свободного программного обеспечения / А.М. Полонский // Актуальные проблемы экономики и управления. – 2022. – № 2(34). – С. 65 – 82. Polonsky A.M. Import substitution of software and the organization of student education using domestic or free software / A.M. Polonsky // Actual problems of economics and management. – 2022. – № 2(34). – Pp. 65-82. ГОСТ ИСО / МЭК 9126-2001. Информационная технология. Оценка программной продукции. Характеристики качества и руководства по их применению. GOST ISO/IEC 9126-2001. Information technology. Evaluation of software products. Quality characteristics and guidelines for their application. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612695. Виртуальная модель кривых течения / И. А. Литвинова, А. Н. Пирогов; заявитель и правообладатель ГОУ ВПО Кемер. технол. ин-т пищ. пром-ти. – № 2008611621; заявл. 14.04.08; зарегистр. 29.05.08. Certificate of state registration of the computer program No. 2008612695. Virtual model of flow curves / I. A. Litvinova, A. N. Pirogov; applicant and copyright holder of the Kemer Institute of Technology of the Food Industry. – No. 2008611621; application dated 04/14/08; registered 29.05.08. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012617783. Программа для обработки экспериментальных данных по определению параметров реологической модели жидкости смешанного типа с пределом применимости ньютоновской модели / В.Н. Колодежнов, A.B. Колтаков, A.C. Веретенников; заявитель и правообладатель Колодежнов В.Н. – № 2012616131; заявл. 05.07.2012; зарегистр. 28.08.2012. Certificate of state registration of the computer program No. 2012617783. A program for processing experimental data on determining the parameters of a rheological model of a mixed-type liquid with the limit of applicability of the Newtonian model / V.N. Kolodezhnov, A.B. Koltakov, A.C. Verennikov; applicant and copyright holder Kolodezhnov V.N. – No. 2012616131; application. 05.07.2012; registered. 28.08.2012. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014611633. Программа определения на основе расходно-перепадной характеристики канала параметров реологической модели жидкости, демонстрирующей проявление эффекта "отвердевания" / В.Н. Колодежнов, A.B. Колтаков, A.C. Веретенников; заявитель и правообладатель Колодежнов В.Н. – № 2013661338; заявл. 09.12.2013; зарегистр. 06.02.2014. Certificate of state registration of the computer program No. 2014611633. The program for determining, based on the flow-differential characteristics of the channel, the parameters of a rheological model of a liquid demonstrating the manifestation of the "hardening" effect / V.N. Kolodezhnov, A.B. Koltakov, A.C. Veretennikov; applicant and copyright holder Kolodezhnov V.N. – No. 2013661338; application. 09.12.2013; registered. 06.02.2014. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617542. Программа для обработки экспериментальных данных по определению параметров реологической модели вязкости жидкости смешенного типа и дилатантным поведением на неньютоновском участке / В. Н. Колодежнов, А. В. Колтаков, С. С. Капранчиков; заявитель и правообладатель Колодежнов В. Н. – №2010615779; заявл. 21.09.2010; опубл. 15.11.2010. Certificate of state registration of the computer program No. 2010617542. A program for processing experimental data on determining the parameters of a rheological model of the viscosity of a mixed-type liquid and dilatant behavior at a non-Newtonian site / V. N. Kolodezhnov, A.V. Koltakov, S. S. Kapranchikov; applicant and copyright holder Kolodezhnov V. N. – No. 2010615779; application 21.09.2010; published 15.11.2010. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021668340. Программа по определению параметров реологической модели вязко-пластической жидкости с эффектом "отвердевания / В.Н. Колодежнов, А.В. Колтаков, С.С. Капранчиков, А.С. Веретенников; заявитель и правообладатель Колодежнов В. Н. – № 2021665427; заявл. 04.10.2021; опубл. 15.11.2021. Certificate of state registration of the computer program No. 2021668340. A program for determining the parameters of a rheological model of a visco-plastic liquid with the effect of "hardening" / V.N. Kolodezhnov, A.V. Koltakov, S.S. Kapranchikov, A.S. Veretennikov; applicant and copyright holder V. N. Kolodezhnov – No. 2021665427; application 04.10.2021; published 15.11.2021. Инденко О.Н. Информационные технологии и алгоритмы в задачах математического моделирования реологических исследований / О.Н. Инденко, Д.В. Доня, Д.Д. Скоробогатов // Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения : III Всероссийская научная конференция с международным участием : сборник докладов / отв. за вып. Е.В. Панюкова. – Тольятти : Изд-во ТГУ, 2021. – С. 335 – 340. Indenko O.N. Information technologies and algorithms in mathematical modeling of rheological research / O.N. Indenko, D.V. Donya, D.D. Skorobogatov // Information technologies in modeling and management: approaches, methods, solutions : III All-Russian Scientific Conference with international participation : collection of reports / ed. for issue E.V. Panyukov. Tolyatti : TSU Publishing House, 2021. pp. 335-340. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017661812. Программа Brookfield_to_MATLAB экспорта и обработки результатов измерений реологических характеристик на ротационном вискозиметре / Е.И. Куркин, В.О. Садыкова; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» (Самарский университет). – 2017618614; заявл. 28.08.2017; опубл. 20.10.2017. Certificate of state registration of the computer program No. 2017661812. The program Brookfield_to_MATLAB for exporting and processing the results of rheological characteristics measurements on a rotary viscometer / E.I. Kurkin, V.O. Sadykova; applicant and copyright holder of Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev (Samara University). – 2017618614; announced on 28.08.2017; published on 20.10.2017. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015614721. Программа для снятия и обработки показаний с вискозиметра / Р.С. Поляков; заявитель и правообладатель Поляков Р.С. – № 2015611661; заявл. 11.03.2015; опубл. 20.05.2015. Certificate of state registration of the computer program No. 2015614721. A program for taking and processing readings from a viscometer / R.S. Polyakov; applicant and copyright holder R.S. Polyakov – No. 2015611661; application 11.03.2015; published 20.05.2015. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019610334. Программа Viscosity Approximation обработки результатов измерения вязкости неньютоновских сред и определения параметров реологических моделей / Е.И. Куркин, В.О. Чертыковцева, Я.В. Захваткин; заявитель и правообладатель ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева» (Самарский университет). – 2018664713; заявл. 18.12.2018; опубл. 10.01.2019. Certificate of state registration of the computer program No. 2019610334. The Viscosity Approximation program for processing the results of measuring the viscosity of non-Newtonian media and determining the parameters of rheological models / E.I. Kurkin, V.O. Chertykovtseva, Ya.V. Grabatkin; applicant and copyright holder of Samara National Research University named after Academician S.P. Korolev (Samara University). – 2018664713; announced on 12/18/2018; published on 01/10/2019. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018662419. Программа для ротационного вискозиметра для определения вязкостно-температурных свойств судовых горюче-смазочных материалов / И.П. Корнева, Н.С. Попцов; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет». – 2018615566; заявл. 30.05.2018; опубл. 08.10.2018. Certificate of state registration of the computer program No. 2018662419. A program for a rotary viscometer for determining the viscosity-temperature properties of marine fuels and lubricants / I.P. Korneva, N.S. Poptsov; applicant and copyright holder of the Kaliningrad State Technical University. – 2018615566; application. 30.05.2018; published. 08.10.2018. Matveenko V.N. Structural Rationale of a Non-Newtonian Flow / V.N. Matveenko, E.A. Kirsanov // Moscow University Chemistry Bulletin. – 2017. – Vol. 72, № 2. – P. 69 – 91. Matveenko V.N. Structural Rationale of a Non-Newtonian Flow / V.N. Matveenko, E.A. Kirsanov // Moscow University Chemistry Bulletin. – 2017. – Vol. 72, № 2. – P. 69 – 91. Rehman T.U., Shah L.A. 2019. Rheological Investigation of GO Doped p(APTMACl) Composite Hydrogel. Zeitschrift für Physikalische Chemie 235 (3): 329–343. Rehman T.U., Shah L.A. 2019. Rheological Investigation of GO Doped p(APTMACl) Composite Hydrogel. Zeitschrift für Physikalische Chemie 235 (3): 329–343. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024618573. Программа параметрической идентификации температурно-скоростных зависимостей вязкости псевдопластичных сред / С.В. Рябов, А.А. Журавлев, А.А. Хвостов, Е.А. Шипилова, М.Г. Магомедов, И.В. Плотникова; заявитель и правообладатель . Рябов С.В., Журавлев А.А., Хвостов А.А., Шипилова Е.А., Магомедов М.Г., Плотникова И.В. – № 2024617422; заявл. 01.04.2024; опубл. 15.04.2024. Бюл. № 4. Certificate of state registration of the computer program No. 2024618573. The program of parametric identification of temperature-velocity dependences of viscosity of pseudoplastic media / S.V. Ryabov, A.A. Zhuravlev, A.A. Khvostov, E.A. Shipilova, M.G. Magomedov, I.V. Plotnikova; the applicant and the right holder. Ryabov S.V., Zhuravlev A.A., Khvostov A.A., Shipilova E.A., Magomedov M.G., Plotnikova I.V. – No. 2024617422; application 04/01/2024; published 04/15/2024. Byul. No. 4. Попов А. П., Андрусенко А. С., Кисель Д. С. Информационная система многопараметрической идентификации моделей технологических процессов // Инженерные технологии. 2024. № 2 (6). С. 71-81. Popov A. P., Andrusenko A. S., Kisel D. S. Information system for multiparametric identification of technological process models // Engineering technologies. 2024. No. 2 (6). pp. 71-81. Мерзлякова Е.Ю. Обзор методов верификации и оценки качества программного обеспечения / Е.Ю. Мерзлякова, Е.В. Янченко // Вестник СибГУТИ. 2023. Т. 17, № 1. С. 92–106. It's Merzlyakova.Yu. Review methodov verifications and assessments quality programsnotable payments / e.Yu. Merzlyakova, E.V. Yanchenko / / Sibguti Newspaper. 2023. T. 17, № 1. S. 92–106. Гусарова С.Н. Проблемы верификации и валидации методик измерений и других объектов в испытательной лаборатории / С.Н. Гусарова // Контроль качества продукции. 2024. № 4. С. 32-39. Gusarova S.N. Problems of verification and validation of measurement methods and other objects in the testing laboratory / S.N. Gusarova // Product quality control. 2024. No. 4. pp. 32-39. Хвостов А.А. Параметрическая идентификация температурно-инвариантной характеристики вязкости неньютоновских сред / А.А. Хвостов, А.А. Журавлев, А.В. Ряжских, А.В. Бараков // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2024. Т. 20. № 3. С. 71-76. Khvostov A.A., Zhuravlev A.A., Ryazhskikh A.V., Barakov A.V. Parametric identification of temperature-invariant viscosity characteristics of non-Newtonian media // Bulletin of the Voronezh State Technical University. 2024. Vol. 20. No. 3. pp. 71-76.