Научный архив: статьи

в работе предложен новый подход к построению элементно-адаптивных расчетных сеток, сгущающихся к элементам конструкций свайного фундамента. Построенные расчетные сетки ориентированы на использование в численных алгоритмах для проведения компьютерного мо- делирования температурных полей в грунте в области свайных фундаментов зданий северных городов, находящихся в криолитозоне. Особенностью таких свайных фундаментов является наличие в них разномасштабных элементов, таких как сваи и сезонно-действующие охлаждающие устройства. Присутствие таких элементов создает проблемы, связанные с построением расчетной сетки. Качество новой расчетной сетки проверялось путем сравнения численных данных компьютерного моделирования с данными температурного мониторинга в термометрической скважине для конкретного жилого здания в городе Салехарде. Построенная расчетная сетка также сравнивалась с использованной ранее геометрически-адаптивной сеткой с выделенными зонами сгущения узлов. Результаты численных экспериментов выявили преимущество новой расчетной сетки перед старой. Было показано, что сетки, построенные с помощью нового подхода, позволяют повысить точность численных расчетов по нахождению тепловых полей в грунте в области свайного фундамента, уменьшить используемую машинную память и время счета.

в данной работе рассматривается усредненная по глубине модель движения вязкой жидкости, предназначенная для компьютерного моделирования распространения вулканических лав. Описываются математические свойства модели, методы ее аппроксимации и алгоритмы численного решения, ориентированные на применение современных гибридных вычислительных кластеров. Математическая модель представляет собой систему уравнений гиперболического типа, которая отражает законы сохранения массы и импульса в приближении тонкого слоя. Данные рельефа, реологические свойства жидкости и экструзия вещества из кратера задаются как неоднородные члены в системе. Предлагаемая математическая модель имеет преимущество вычислительной эффективности из-за ее двумерности и включения высоты свободной поверхности в качестве переменной в основные уравнения. В работе обсуждаются параллельные компьютерные реализации рассматриваемой модели на основе OpenFOAM (MPI), OpenMP и OpenACC. Компьютерные коды реализованы на вычислительных кластерах с общей и распределенной памятью на CPU и GPU под управлением ОС Linux. Проведены верификация кодов на аналитическом решении задачи и профилирование кодов для многоядерных CPU с общей памятью и GPU.

в данной работе представлен подробный математический анализ динамики четырехколесного мобильного робота с амортизирующим шасси, предназначенного для передвижения по сложным рельефам, включая наклонные и неровные поверхности. Разработана нелинейная математическая модель системы на основе лагранжевой механики второго рода, которая учитывает кинетическую и потенциальную энергию корпуса робота и элементов подвески, силы демпфирования, контактные взаимодействия колес с поверхностью, а также нелинейные геометрические зависимости компонентов подвески. Модель учитывает нелинейные динамические эффекты, возникающие при движении по наклонным поверхностям и преодолении препятствий. Проведена оптимизация параметров подвески и системы управления с использованием современных методов оптимизации, направленная на мини- мизацию вибраций корпуса, обеспечение устойчивого движения и повышение энергоэффективности робота. В отличие от предыдущих исследований, предложенный подход включает комплексную оптимизацию параметров системы с учетом ограничений прочности элементов подвески и требований к динамическим характеристикам робота. Полученные результаты позволяют провести всесторонний анализ динамики системы, оптимизировать конструкцию и параметры управления для повышения эффективности и надежности мобильного робота при движении по сложным и неструктурированным поверхностям. Разработанная модель может быть использована для имитационного моделирования, разработки прототипов и создания робототехнических систем с улучшенными характеристиками, что открывает новые перспективы в области мобильной робототехники и систем управления.

проведен анализ и обобщение предпосылок, используемых для моделирования плазмы индукционного разряда в диапазоне условий, характерном для реакторов реактивно-ионного травления кремния и его соединений. Подтверждено, что применение функции Максвелла для энергетического распределения электронов обеспечивает корректное описание кинетики процессов под действием электронного удара. Показано, что реализация как прямого (основанного на решении уравнений химической кинетики с привлечением данных зондовой диагностики плазмы в качестве входных параметров), так и самосогласованного (дополненного уравнениями баланса вкладываемой мощности и скоростей процессов ионизации/рекомбинации заряженных частиц) алгоритма моделирования обеспечивает удовлетворительное согласие результатов расчета с данными независимых экспериментов. Приведены примеры сравнения расчета с экспериментом для плазмы Ar, Cl2 и CF4. Отмечено, что применение самосогласованного алгоритма в сложных многокомпонентных системах затруднено отсутствием или низкой достоверностью данных по сечениям процессов под действием электронного удара и транспортным характеристикам (коэффициентам диффузии, подвижностям) нестабильных продуктов плазмохимических реакций.

В статье рассматривается специфика драматургического текста, в котором функционирует информативный код в виде одного из типов, а именно в виде социокультурного кода. Выявлено, что социокультурный код как синергия лингвосоциомаркеров и лингвокультурных маркеров в пределах драматургического текста функционирует в качестве совокупности проксемных, темпоральных, лингвокультурных, сенсемных и эмотивных маркеров. Детальное рассмотрение специфики функционирования сенсемных маркеров в англоязычном драматургическом тексте пьесы Дж. Б. Шоу «Цезарь и Клеопатра» показало наличие четырех типов сенсем, а именно: 1) корреляция сенсемы с мифологемой и с колоративом; 2) корреляция сенсемы с эмотивом и мифологемой; 3) сенсема-олицетворение; 4) сенсема-проксема. В русскоязычном драматургическом тексте пьесы А. П. Чехова «Чайка» определены: 1) сенсема-проксема; 2) сенсема-зооним; 3) сенсема-кинема; 4) корреляция сенсемы с пейзажной моделью. Установлено, что в двух разноязычных пьесах, написанных примерно в одно время в XIX веке, из пяти типов сенсем превалируют звуковые сенсемы, что является общей чертой в построенной сравнительно-сопоставительной модели сенсемного спектра социокультурного кода двух пьес.

В статье приведен обзор цикла онлайн-лекций «Мир болотных экосистем: от основ до инноваций», запускаемый в начале 2025 года Рабочей группой по исследованию болотных экосистем Консорциума «РИТМ углерода». Болота жизненно важны для выживания человека. Они являются одними из самых продуктивных сред в мире; колыбели биологического разнообразия, которые незаменимы для бесчисленных выгод и «экосистемных услуг», предоставляемых человечеству. Однако исследование за исследованием показывают, что площадь и качество болот продолжают снижаться в большинстве регионов мира, а знаний для более рационального использования все еще недостаточно. В научно-популярной форме в 19 лекциях будет всесторонне рассказано о болотах, их образовании и развитии, о растительности и животном мире, о торфах, накопленных в послеледниковый период и продолжающих нарастать, их стратиграфии и свойствах. Большое внимание будет уделено вопросам роли болот в биосфере, хозяйственному использованию болот, их восстановлению и методам изучения. Цикл лекций предназначен для широкого круга слушателей, особенно молодых, интересующихся природой и её жизнью.

В статье рассмотрены проблемы развития математического моделирования в высшей технической школе, описываются основные пути реализации практико-ориентированного принципа в процессе преподавания дисциплины «Прикладная математика», приведены примеры практико-ориентированных технических задач для формирования профессиональных компетенций будущего инженера. Обоснована необходимость внедрения практико-ориентированного принципа в организацию учебного процесса по дисциплине «Прикладная математика» в техническом университете.

Система профессиональной подготовки специалистов МЧС России формирует компетенции, необходимые для действий в особо опасных ситуациях. Такие особые условия требуют научно обоснованного использования новейших технологий в процессе профессиональной подготовки. Цифровые обучающие программы при обучении курсантов вузов МЧС России позволяют моделировать условия чрезвычайной ситуации и осуществлять безопасный формат обучения в отдельных экстремальных ситуациях, формируя профессиональные знания и оперативное мышление. Авторами разработана программа, позволяющая обучаться в процессе выполнения заданий и оценивать динамику профессиональной подготовленности курсантов вузов МЧС России. Программа содержит раздел информационного сопровождения, адаптивную систему аудита знаний и систему прогнозирования возможных результатов, а также средства контроля. Программа имеет вариант интерфейса для обучающихся, который позволяет получить в любой момент времени полную информацию о персональных достижениях, и вариант для преподавателей, в котором можно увидеть общую успеваемость, процент качества выполнения каждого тестового задания. Целью исследования является обоснование эффективности разработанной авторами цифровой обучающей программы «Азбука Спасателя» в системе профессиональной подготовки курсантов Академии МЧС России. В статье описан алгоритм функционирования программы, поэтапный процесс разработки и апробации программного продукта, представлены результаты оценки преподавателей и контрольного тестирования курсантов. Полученные в ходе исследования данные констатируют функциональность, доступность и значимость программы «Азбука Спасателя» в профессиональной подготовке курсантов вузов МЧС России.

Приведены схема и описание работы рычажного пневматического преобразователя для линейных измерений с регулируемыми проходными сечениями каналов истечения воздуха через входное и измерительное сопла. Дана структурная схема преобразования измерительного сигнала, сформулирована цель работы - определение метрологических параметров исследуемого преобразователя (диапазонов измерений и чувствительности) на основе моделирования их статических характеристик при различных значениях конструктивных параметров. Приведены результаты сравнительного анализа метрологических характеристик исследуемого и известного преобразователя типа сопло-заслонка с регулируемым измерительным соплом.

Предлагается математическая вероятностно-статистическая модель расчета вероятности безотказной работы изделий общетехнического машиностроения, например, таких как редукторы, насосы, электрические моторы и т.д. по результатам измерений вектора информационных параметров в режиме реального времени эксплуатации, т.е. в условиях, когда решение о продолжении процесса эксплуатации должно быть принято до момента времени поступления нового наблюдения. Предлагаемая модель не привязана к конкретному изделию и поэтому может быть использована для широкого круга машиностроительных изделий.

Широкое применение систем с отрицательной обратной связью объясняется их несомненными достоинствами: выходной сигнал в них весьма точно повторяет предписание (сигнал задания), а помеха, действующая на объект, как и небольшие изменения параметров математической модели объекта, практически не влияет на результат управления таким объектом. Как правило, принято результат измерения выходного сигнала, который используется для управления объектом, предварительно фильтровать для получения достаточного отношения сигнал/шум. Большинство разработчиков руководствуются правилом оптимального выделения сигнала на фоне шума, то есть используют такой фильтр, частота среза которого проходит через точку пересечения спектров сигнала и шума. Однако теоретически можно предсказать и на практике часто подтверждается, что подобная фильтрация хотя и способствует повышению отношения сигнал/шум в фильтрованном сигнале за счёт подавления шумов за пределами основной части спектра сигнала, иногда не улучшает возможности управления, а наоборот вредит этим возможностям, приводя к снижению устойчивости системы или к необходимости снижения её быстродействия. Причиной этого является утрата высокочастотной компоненты сигнала, хотя бы даже в этой области частот отношение сигнал/шум намного ниже единицы. Желательно сохранять значительную часть этого спектра сигнала. Эти теоретические утверждения не подкреплялись систематическими исследованиями и поэтому зачастую не вызывают должного доверия со стороны разработчиков таких систем, а когда подобное всё же получает экспериментальные доказательства в частных случаях, это вызывает удивление у разработчиков. Опыт автора показывал, что при использовании распространённого требования, состоящего в том, чтобы частота среза фильтра превышала частоту создаваемой системы автоматического регулирования, как минимум, на порядок, недостаточно. Требуется, чтобы частота фильтра была в 50 и более раз выше, чем частота, ограничивающая рабочую полосу системы. Данная статья предлагает исследование этого теоретического положения методом численного моделирования с целью доказательства и демонстрации необходимости преодоления противоречивости требований лучшей фильтрации и сохранения малого запаздывания по измеряемому сигналу, что требует решения компромиссной задачи с целью отыскания оптимального решения этой проблемы.

Автоматизация процесса сборки пакета групповой упаковки, блоков пищевых содов для дальнейшего обвертывания термоусадочной пленкой, позволяет повысить производительность сборочного процесса и качество изготовления. Повысить производительность сборочных операций можно не только за счет времени фасовки и формирования Тары, но и за счет увеличения скорости перемещения приводов ступенчатого захватного устройства. Проведен анализ производительности элементов автоматической линии, сделан вывод, что увеличение производительности линии возможно при увеличении скорости приводов движка. С целью нахождения наилучших способов управления и определения требуемых параметров, при которых необходимо необходимое быстрое воздействие с заданной точки зрения, проведено исследование динамики двухкоординатного позиционера.