ivdon3@bk.ru
В рамках работы проведено конечно-элементное моделирование и выполнены численные исследования однослойных цилиндрических стержневых покрытий. Введены горизонтальные грани и определено влияние бортовых элементов на показатели напряженно-деформированного состояния конструкции. Установлена степень изменения усилий и перемещения узлов. Проанализированы особенности работы покрытия и выявлены опасные участки с максимальными показателями. Анализ введения горизонтальных граней выполнен путем сравнения полученных закономерностей. Достигнуто позитивное перераспределение усилий по поверхности и обеспечено уменьшение перемещений характерных узлов. Предусмотрено пространство для проводки инженерных коммуникаций.
Ключевые слова: цилиндрические стержневые покрытия, горизонтальные грани, бортовые элементы, усилия, перемещения
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения
Проведено исследование влияния материала анода на эффективность теплоотвода в системе охлаждения плазмотрона. Методом компьютерного моделирования выполнены расчеты тепловых и гидродинамических процессов для анодов из меди М1, латуни Л63 и бронзы БрО8Ц4. Наибольшая эффективность теплоотвода достигнута при использовании меди благодаря её высокой теплопроводности, что подтверждено натурным экспериментом. Результаты показывают, что выбор материала анода является ключевым фактором для повышения надежности и срока службы плазмотрона.
Ключевые слова: плазмотрон, анодный узел, медь, латунь, бронза, теплоотвод, теплопроводность, компьютерное моделирование, метод конечных элементов, эффективность охлаждения, тепловой режим
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника
Статья посвящена проблеме верификации распределённых алгоритмов с использованием формальных методов. В качестве объекта исследования выбран классический алгоритм выбора лидера в кольцевой топологии – алгоритм кольца. Для его анализа применяется язык спецификаций временной логики действий (Temporal Logic of Actions – TLA+). В работе представлена детальная формальная модель алгоритма, описывающая его состояния и переходы с учётом особенностей распределённых систем, таких как отсутствие разделяемой памяти. Формулируются и доказываются ключевые свойства корректности: уникальность лидера (свойство безопасности), завершаемость выборов (свойство живости) и согласие. Корректность спецификации подтверждена с помощью модельного верификатора моделей языка временной логики действий, который исчерпывающе проверил все достижимые состояния для модели с тремя процессами. Результаты демонстрируют эффективность языка спецификаций временной логики действий (TLA+) для обеспечения высокой степени уверенности в надёжности распределённых систем.
Ключевые слова: формальная верификация, распределённые системы, алгоритм кольца, выбор лидера, язык спецификаций временной логики действий, проверка моделей, свойства безопасности, свойства живости
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
В настоящем исследовании представлена методика предварительной обработки последовательностей данных, направленная на выявление и группировку различных файлов данных для последующего использования при обучении нейронных сетей. Предложен алгоритм сравнения файлов на основе относительного отклонения значений признаков с учётом граничных случаев (нулевые и близкие к нулю значения). Реализация включает параллельную обработку для повышения производительности и генерацию детализированных отчётов. Метод протестирован на наборе данных, содержащем 10000 файлов с показателями химического процесса в лабораторном реакторе. Результаты показывают эффективность метода в выявлении стационарных участков и формировании сбалансированных обучающих выборок.
Ключевые слова: предобработка данных, относительное отклонение, машинное обучение, параллельные вычисления, группировка файлов, вычислительная гидродинамика, химический реактор
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.4.12 - Нефтехимия
В работе представлена векторная дифракционная модель фокусировки гауссова лазерного пучка с длиной волны 800 нм параболическим металлическим зеркалом диаметром 15 мм и фокусным расстоянием 150 мм. Модель основана на строгом расчёте отражённого электромагнитного поля с использованием базисов s- и p-поляризаций, комплексных коэффициентов Френеля и поверхностного интеграла Кирхгофа–Рэлея. В качестве материала отражающего покрытия задан комплексный показатель преломления n=0.145+4.5i, соответствующий серебру в ближнем ИК-диапазоне. Входной пучок задан с радиусом перетяжки 3 мм в плоскости вершины зеркала. Расчёт поля в фокальной плоскости выполнен численно на сетке 300×300 точек в области ±30 мкм. В качестве критериев качества фокусировки использованы полная интенсивность, радиальное распределение интенсивности и полуширина фокального пятна по уровню половины максимума (Full Width at Half Maximum, далее FWHM). Получено фокальное пятно с FWHM ≈ 8,56 мкм, что согласуется с теоретической оценкой для дифракционно-ограниченной системы. Показано, что учёт векторного характера поля и диссипативных свойств металла позволяет корректно оценить поляризационные искажения и потери в реальных зеркальных фокусирующих системах.
Ключевые слова: векторная дифракционная модель, параболическое металлическое зеркало, гауссов лазерный пучок, коэффициенты Френеля, комплексный показатель преломления
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.6 - Оптика , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
Современная телемедицина в странах мира развивается неравномерно и тому есть объективные причины. Проведен анализ современных информационно-вычислительных систем и технологий, применяемых для диагностики и лечения пациентов. В статье изложена краткая история телемедицины как одного из технических средств оказания медицинской помощи, приведены примеры использования информационных технологий в российской и мировой медицинской практике. Исследованы ключевые подходы к применению больших языковых моделей в качестве технологического ядра для помощи медицинским работникам в принятии решений в профессиональной практике. Проанализированы примеры оптимизации диагностических и лечебных процессов, решаемые с применением ИВС. Автором предпринята попытка анализа последних научных достижений, посвящённых использованию цифровых технологий в сфере медицины, с целью доказательства перехода на новый уровень качества медицинских услуг через применение информационно-вычислительных комплексов.
Ключевые слова: телемедицина, цифровые технологии, большие языковые модели, медицинская диагностика, медицинская практика, анализ технологий, история телемедицины, сравнительный анализ, цифровая трансформация, системный анализ
2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации , 3.3.9 - Медицинская информатика
Статья посвящена описанию разработки прикладного программного обеспечения для автоматизированного построения орнаментальных композиционных решений на основе загружаемых пользователем мотивов. Рассматриваются алгоритмы генерации орнаментов с использованием пяти типов сеток: квадратной, прямоугольной (горизонтальной и вертикальной), ленточной и радиальной. Описывается принцип взаимодействия пользователя с программой, включая загрузку изображений, настройку параметров, визуализацию и сохранение результата. Представленные результаты демонстрируют эффективность автоматизированного подхода к построению орнаментов, позволяющего значительно ускорить процесс проектирования орнаментов и сделать его доступным для широкого круга пользователей. Разработанное прикладное программное обеспечение может быть использовано в образовательных, творческих и исследовательских целях. Результаты работы являются значимыми при создании орнаментов в стилистике народных художественных промыслов для сохранения культурного наследия в современности.
Ключевые слова: цифровые инструменты, орнамент, генерация, прикладное программное обеспечение, графический интерфейс, Python, алгоритмы генерации, культурное наследие, цифровое искусство, автоматизация, народные художественные промыслы
2.3.3 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами , 2.6.16 - Технология производства изделий текстильной и легкой промышленности
Разработано защитное покрытие на основе карбоксиметилцеллюлозы и порошка цинка. Установлено, что добавление цинка и пластификатора глицерина в полимерную матрицу приводит к повышению адгезии и механической прочности покрытий: от 5,1 МПа до 15,5 МПа, 4 до 0 баллов, соответственно. Методами оптической микроскопии исследована морфология покрытия. Показано, что частицы цинка сравнительно однородно распределяются в полимерной матрице, агрегация частиц при добавлении глицерина снижается. По цифровым изображениям покрытий проведен численный расчет доли частиц цинка, распределенных на контактной границе покрытия. В результате седиментации частиц, доля их на контактной границе превышает количество частиц на поверхности на 10-20 %, что способствует улучшению сцепления покрытия с подложкой. Установлено, что покрытие устойчиво к кислым, щелочным средам, органическим растворителям, спирту.
Ключевые слова: карбоксиметилцеллюлоза, порошок цинка, покрытие, механическая прочность, адгезия, химическая стойкость
2.1.5 - Строительные материалы и изделия , 2.6.5 - Порошковая металлургия и композиционные материалы
В работе рассматривались два обширных направления - экология и социально-экономическая сфера, включающие в себя оценку и управление экологическими и социальными рисками, определение эффективности использования ресурсов и предотвращение загрязнений, а также анализ факторов устойчивого управления природными ресурсами. Проведено исследование видов деятельности, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду и местное население, в период реализации проекта. Данные виды деятельности, были исследованы применительно к трем основным фазам реализации проекта: строительство; эксплуатация; ликвидация. Результаты исследования были использованы при определении факторов и категорий воздействия на экономику и занятость, безопасность и благополучие местного населения, социальную напряженность, землевладение и землепользование.
Ключевые слова: предотвращение загрязнений, экологические риски, фазы реализации проекта, защита окружающей среды, ликвидационный план, факторы негативного воздействия, социальная напряженность, мониторинг экологических факторов, критерии физической устойчивости
2.1.10 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
В связи с активным освоением Северных и Арктических регионов к современным демпфирующим материалам транспортной и строительной инфраструктуры предъявляют повышенные требования в части работоспособности при пониженных температурах окружающей среды. Теоретически показано, что ограничение сегментальной подвижности и холодная кристаллизация полимеров приводят к росту жёсткости и снижению демпфирующей и герметизирующей функций. Эволюция рецептур идет через управляемую комбинацию базовых полимеров, введение «умных» наполнителей, технологически активных добавок и гибридизацию эластомерных матриц. Оценку низкотемпературной работоспособности эластомеров проводят по результатам нормативных эксплуатационных испытаний, имитирующих предельные режимы реальной работы изделия, и термоаналитических/вязкоупругих методов, выявляющих физическую природу перехода к стеклованию. Однако, данные методы нередко приводят к несопоставимым результатам, достаточно сложны и требуют специальной высокоточной аппаратуры. В связи с чем, предложена методика экспресс-оценки низкотемпературной работоспособности эластомеров по температурной зависимости твёрдости Шор A с выделением критерия T*hard (перелом HRA(T)), коррелирующего с температурой стеклования Tg, температурой хрупкости и коэффициентом морозостойкости. Апробация проведена на шести полимерных композициях разной природы, которая показала, что резиновые эластомеры (ТПРК/ТПРК-Д) сохраняют высокоэластическое состояние до минус 60 °С (без плато HRA(T)), тогда как термоэластопласты демонстрируют резкий подъём твёрдости с насыщением от ≈ минус 20 °С, что указывает на стеклование и ограничение применения при более низких температурах. Статистическая согласованность (σ ≤ 3,6 ед. Шор A) подтверждает надёжность метода. Предложенный метод технологичен, чувствителен к рецептуре и пригоден для первичного ранжирования морозостойкости материалов уплотнений и демпферов.
Ключевые слова: эластомеры, низкотемпературная работоспособность, температура стеклования, температурный предел хрупкости, коэффициент морозостойкости, экспресс-оценка низкотемпературной работоспособности эластомеров по температурной зависимости твёрдости Шор A
2.1.5 - Строительные материалы и изделия , 2.2.8 - Методы и приборы контроля и диагностики материалов, изделий, веществ и природной среды
В работе предложен интегрированный подход к численному исследованию вынужденных колебаний транспортного средства (ТС) при движении по неровной опорной поверхности, сочетающий трёхмерное параметрическое моделирование в среде SolidWorks и спектрально-корреляционный анализ в MATLAB/Simulink. Построена мультительная CAD-модель ТС с независимой подвеской всех колёс, включающая несущий каркас, рычажные подвески с нелинейными упруго-демпфирующими элементами, колёса и силовой агрегат. Микропрофиль дороги формализован посредством корреляционной функции, реализованной как случайный процесс в MATLAB и импортированный в SolidWorks в виде пространственного профиля. Динамический анализ выполнен с использованием модуля SolidWorks Motion.
Ключевые слова: динамика транспортного средства, микропрофиль дороги, мультительное моделирование, SolidWorks Motion, MATLAB/Simulink, спектральный анализ, автокорреляционная функция, фильтрующий эффект подвески, вынужденные колебания
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.5.11 - Наземные транспортно-технологические средства и комплексы
В работе проводится исследование усовершенствования методов вычисления концентрации наночастиц в прозрачных жидкостях под действием лазерного излучения. Анализируется точное решение третьей краевой задачи для уравнения Эйнштейна–Фоккера–Планка, прямое использование которого в системе компьютерной алгебры Maple приводит к вычислительным неустойчивостям при больших значениях параметра переноса. Представлено решение проблемы нестабильных численных расчётов при высоких значениях безразмерных параметров, приводящих к существенным искажениям результата. Ключевым результатом является расширение рабочего диапазона параметра переноса и обеспечение корректного асимптотического поведения решения. Численные эксперименты подтвердили эффективность предложенного подхода, что делает его ценным инструментом для моделирования и оптимизации процессов лазерной сепарации наночастиц.
Ключевые слова: наносуспензия, лазерное излучение, концентрация наночастиц, уравнение непрерывности, третья краевая задача, компьютерные вычисления, Maple
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.3.19 - Лазерная физика
Целью работы являлось разработать модель поддержания равновесия в соответствии с параметрами человеческого организма, обеспечивающими функцию поддержания равновесия теле в пространстве. Ключевым показателем устойчивого равновесия является центр масс (ЦМ) человека. Стабильность позы обеспечивается при условии нахождения проекции центра масс (ЦМ) в пределах площади опоры. В статье описаны две модели, которые оценивают смещение проекции ЦМ относительно площади опоры. Принцип работы моделей основан на маятниковом движении в сагиттальной плоскости (движения вперед - назад), и фронтальной плоскости (боковые движения). Модель включает комплексную визуализацию проекции ЦМ на площадь опоры в режиме реального времени, количественную оценку устойчивости с помощью подсчета процента времени в зоне опоры. Модель обеспечивает более полное представление о механизмах поддержания равновесия.
Ключевые слова: механизмы поддержания равновесия, моделирование, биомеханика, центр масс
1.1.10 - Биомеханика и биоинженерия , 1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Железобетонные конструкции кольцевого сечения широко используются в строительстве. Например, в виде подземных трубопроводов. Они испытывают сложное нелинейное деформированное состояние (НДС), описать которое аналитически составляет сложную математическую задачу механики. Поэтому часто для её решения прибегают к численным методам. В данной статье применён метод конечных элементов (МКЭ), реализованный в ПК «Лира-САПР 2022». НДС железобетонных трубопроводов определяется в физически нелинейной постановке с учётом рассмотрения 4 факторов влияния: внутреннего диаметра, класса бетона, свойств грунта засыпки, свойств грунта основания. Составлен план полного многофакторного численного эксперимента, который включает в себя 81 модель. Получены значения внутренних силовых факторов во всех сечениях подземного трубопровода с учётом варьирования каждого фактора по отдельности и с учётом взаимного их влияния. Установлены сочетания факторов, дающие экстремальные значения внутренних усилий в трубопроводе. На основе этого разработаны рекомендации по рациональному конструированию.
Ключевые слова: подземный трубопровод, железобетон, компьютерное моделирование, продольный профиль, поперечное сечение, ПК «Лира-САПР»
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения
В статье рассмотрен вопрос получения объемных изображений объекта с помощью цифровой голографии. Существует несколько способов, основанных на методах голографической интерферометрии: метод смещенного источника, иммерсионный метод, метод двух длин волн, использование источника освещения малой когерентности. Каждый из рассмотренных методов имеет определенные преимущества и недостатки. В большинстве случаев требуется количественная информация о параметрах рельефа. Однако плохое качество топографических полос и проблема с определением знака при определении рельефа вызывают значительные сложности при определении объема. Возникающие проблемы могут быть устранены использованием простого метода определения объема по двум стереоизображениям, восстановленным из голограмм и последующего уточнения с использованием одного из методов получения голографических топографических карт. В данной работе показан способ определения объёмного изображения по двум стереоизображениям объекта, восстановленным из цифровых голограмм.
Ключевые слова: получение голограмм и восстановление из них изображений, цифровая голография, пространственное разрешение голограмм, стереоизображения, восстановление объемных изображений
1.3.6 - Оптика , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
В статье предлагается новая методика для автоматизации скрининга лучевой диагностики работников предприятий с использованием элементов поддержки принятия врачебных решений, в частности U-образной архитектуры сверточной нейронной сети с двойным механизмом внимания. Особенностью архитектуры является использование механизма внимания на основе блоков «сжатия и возбуждения», позволяющего повысить качество и точность анализа цифровых медицинских данных с учетом особенностей изображений компьютерной томографии.
Ключевые слова: машинное обучение, сверточная нейронная сеть, компьютерная томография, архитектура, хроническая обструктивная болезнь лёгких
2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации , 3.3.9 - Медицинская информатика
В статье представлен комплекс программ FCA (Filtration Capacitive Analysis), предназначенный для интерпретации гидродинамических исследований скважин (ГДИС) сложной конструкции, в том числе горизонтальных с многостадийным ГРП, в низкопроницаемых коллекторах. Приведена модульная клиент-серверная архитектура комплекса. Описаны численные методы, применяющиеся для решения задачи интерпретации ГДИС и реализованные в комплексе программ. Представлены результаты практического использования FCA для оценки фильтрационно-емкостных характеристик пласта и параметров скважины, подтверждающие готовность программного продукта к промышленному применению.
Ключевые слова: гидродинамические исследования скважин, низкопроницаемый коллектор, фильтрационно-емкостный анализ, обратная задача, программная архитектура, клиент-сервер, сверточный автокодировщик, принцип суперпозиции, минимизация невязки
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.6.11 - Геология, поиски, разведка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений
Рассматривается проблема интеграции традиционных и цифровых методов в современной архитектурной практике и образовании. Цель работы заключается в выявлении оптимального соотношения данных подходов в профессиональной подготовке архитектора. На основе анализа исторического опыта, современных образовательных программ и теоретических концепций определены их уникальные преимущества и ограничения. Методология исследования включает сравнительный анализ и социологический опрос студентов архитектурного-строительного учебного заведения. Ручное рисование сохраняет критическую роль на этапе концептуального поиска и развития творческого мышления, и это несмотря на доминирование цифровых инструментов как обязательного рыночного требования (результаты опроса подтверждают тенденцию к формированию гибридного подхода). Сделан вывод о необходимости синтеза традиционных и цифровых методов в учебных программах для подготовки архитектора, способного к инновациям без утраты художественной составляющей профессии.
Ключевые слова: архитектурное проектирование, ручная графика, цифровые технологии, BIM, параметризм, архитектурное образование, профессиональные компетенции, интеграция методов
2.1.11 - Теория и история архитектуры, реставрация и реконструкция историко-архитектурного наследия (архитектура) , 5.8.7 - Методология и технология профессионального образования
Работа посвящена задаче оптимизации траекторий движения параллельных роботов в процессе позиционирования. Обсуждается задача минимизации длительности цикла позиционирования робота для увеличения его производительности. Сформулирована новая оптимизационная задача, направленная на минимизацию суммарного пробега электроприводов за время цикла с целью повышения энергоэффективности робота. Предложены целевые функции оптимизационных задач на основе модифицированных метрик: манхэттенской и Чебышёва. Сравнение эффективности использования оптимальных траекторий взамен «очевидных» проведено для различных параллельных роботов: планарного, трипода, дельта-робота. Сделаны выводы об основных требованиях к траектории движения робота для обеспечения максимальных его производительности и энергоэффективности.
Ключевые слова: параллельный робот, производительность, длительность цикла позиционирования, энергоэффективность, пробег электропривода, целевая функция, метрика Чебышёва, манхэттенская метрика, оптимальная траектория, сравнительное моделирование, планарный робот
2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации , 2.5.4 - Роботы, мехатроника и робототехнические системы
В работе представлена методика интеграции трехмерных твердотельных моделей, разработанных в среде CAD SolidWorks, в среду динамического моделирования MATLAB/Simulink. Ключевым элементом исследования является применение модуля Simscape Multibody для преобразования геометрических данных и кинематических связей в многомассовую динамическую модель. Методика апробирована на примере создания виртуального прототипа колесной платформы с рулевым управлением.
Ключевые слова: SolidWorks, MATLAB/Simulink, Simscape Multibody, виртуальный прототип, кинематика рулевого управления, сквозное проектирование, многомассовая динамическая модельдиверсификации, производственно-технические цели обеспечения гибкости производства
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
При реставрации корпусов зданий в строительной промышленности, не уделяется должного внимания механизированному удалению мусора с рабочих мест и строительной площадки, что небезопасно для людей и окружающей среды из-за высокой запыленности атмосферного воздуха. В современных мегаполисах ежегодно появляются десятки новых домов. Эта тенденция имеет некоторые подводные камни. В частности, увеличение количества стройплощадок делает актуальной проблему вывоза строительных отходов. Сегодня для освобождения стройплощадок от мусора в основном используется 2 способа: выброс мусора через окно; спуск отходов по лестнице или лесам. Преимуществом первого варианта является возможность быстрого решения проблемы. Однако выброс мусора через окно вызывает вопросы с точки зрения экологии и безопасности. Второй способ можно назвать более безопасным. Но он требует существенных физических усилий. Поэтому сегодня наиболее актуальным способом решения данной проблемы является строительный мусоросброс.
Ключевые слова: техносферная безопасность, управление безопасностью, строительные отходы, загрязнение окружающей среды, мониторинг
2.1.10 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства , 2.1.7 - Технология и организация строительства
В статье рассмотрен актуальный на сегодняшний день вопрос опасных природных и техногенных процессов. Приведена общая характеристика этих процессов. Проанализированы риски, связанные с техногенными процессами и природными явлениями. Особое внимание уделяется современным методам мониторинга за опасными техногенными и природными процессами и их прогнозированию.
Ключевые слова: опасные природные процессы, опасные техногенные процессы, последствие опасных процессов, аварии, техногенные угрозы, природные катастрофы, факторы риска, системный подход
2.10.2 - Экологическая безопасность , 2.1.10 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства
В работе рассматривается решение задачи синтеза многосвязной нелинейной системы при полиномиальной и кусочно – линейной аппроксимациях. В качестве математического аппарата применяется обобщенный метод Галёркина. Приводятся результаты синтеза и преимущества каждой из аппроксимаций.
Ключевые слова: многосвязные системы автоматического управления, параметрический синтез, нелинейные системы автоматического управления, обобщенный метод Галёркина, полиномиальная аппроксимация, кусочно-лиейная аппроксимация, параметрический синтез, насыщение, минимизация
Статья представляет исследование различных подходов к реализации микрофронтенд-архитектуры в высоконагруженных веб-приложениях. Описывается процесс сравнительного анализа четырех основных паттернов интеграции микрофронтендов: Module Federation, Single-SPA, Web Components и iframe-подхода. Проведено экспериментальное исследование производительности каждого паттерна с измерением ключевых метрик загрузки и взаимодействия. Разработаны рекомендации по выбору архитектурного подхода в зависимости от требований проекта.
Ключевые слова: микрофронтенды, веб-архитектура, Module Federation, Single-SPA, высоконагруженные системы, производительность веб-приложений