МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Изложены основы экспериментально-расчетного метода определения отражательных характеристик объектов в оптическом диапазоне. Дано описание разработанного экспериментального стенда для исследований отражательных характеристик материалов и покрытий с возможностью перестройки рабочей длины волны. Представлена методика и некоторые из результатов измерений.

Рассмотрены направления и результаты модернизации интегрированного элемента проходной фазированной антенной решетки (ФАР) Kа-диапазона волн, содержащего волноводный ферритовый фарадеевский фазовращатель и волноводно-диэлектрические излучатели. Приведены результаты исследования влияния проводящих экранов в раскрывах решеток апертурных и приемных излучателей на их согласование и решены вопросы оптимизации их длин. Даны оценки увеличения коэффициента усиления ФАР.

Рассмотрена модель радиальной линии передачи, позволяющая определить область возможного положения зонда для эффективного возбуждения круглой микрополосковой антенны.

Рассмотрены вопросы проектирования системы передачи информации для многопозиционных радиолокационных станций. Выполнен выбор диапазона частот, обоснован выбор типа модуляции сигнала, описаны алгоритмы взаимного наведения и слежения антенн. Исследованы алгоритмы оценки параметров модулированного сигнала.

Рассмотрена проблема проектирования многопроцессорной системы управления сложным техническим комплексом. Предложены архитектура и математическая модель функционирования сети. Построен эффективный алгоритм управления сетевыми вычислениями, учитывающий многоцелевое назначение системы.

Рассмотрены задачи оптимизации механических и гидромеханических систем с непрерывными не всюду дифференцируемыми многоэкстремальными критериями в скалярной и векторной постановках. Глобальные решения для частных критериев определены с использованием новых гибридных алгоритмов, объединяющих алгоритм Метрополиса при сканировании пространства переменных и детерминированные методы локального поиска. Алгоритмы векторной оптимизации генерируют множество недоминируемых решений, аппроксимирующих фронт Парето. Предложенные гибридные алгоритмы можно использовать в системах вычислительной диагностики, оптимальном проектировании, управлении сложными системами.

Исследованы рабочие процессы в регуляторах давления «после себя» непрямого действия. Приведена математическая модель рабочих процессов в приближении сосредоточенных параметров и некоторые результаты численных исследований нестационарного режима работы регулятора давления, полученные с помощью этой модели.

Приведены результаты расчета оптимальной характеристики вакуумного турбомолекулярного насоса (ТМН), обеспечивающего заданную быстроту откачки в широком диапазоне давлений на стороне всасывания. Представлены рекомендации по проектированию ТМН, работающего в том числе в области сверхвысокого вакуума.

Рассмотрена математическая модель магнитогидродинамических процессов в жидкой стали при электромагнитном перемешивании в кристаллизаторе машины непрерывного литья заготовок. Приведены примеры расчетов для круглых и сортовых заготовок.

Рассмотрены вопросы учета динамических эффектов при разработке технологического процесса многокоординатной обработки фрезерованием сложнопрофильных податливых деталей. Предлагаемая методика моделирования динамики фрезерования состоит из динамической модели инструмента, динамической модели обрабатываемой детали на базе метода конечных элементов и алгоритма геометрического моделирования, с помощью которого рассчитаны усилия резания и смоделирован процесс регенерации поверхности заготовки. Результаты моделирования дают возможность существенно улучшить качество и повысить производительность обработки за счет рационального выбора режимов, исключающих появление нежелательных динамических эффектов.

Рассмотрены вопросы управления мультиагентной робототехнической системой. Проведен сравнительный анализ типов распределенных робототехнических систем. Описаны модульная структура системы управления коллективом роботов и алгоритм распределения задач в группе роботов, а также алгоритмы перемещения роботов к целевым точкам в среде с препятствиями и равномерного размещения роботов в рабочей зоне.

Предлагается архитектура и принцип функционирования сенсорной системы сервисного мобильного робота, состоящей из двух подсистем – лазерной навигационной системы и системы ультразвуковой навигации. Рассматривается задача составления карты местности при наличии движущихся внешних объектов в рабочей зоне робота. Приводятся алгоритмы совместной обработки информации, поступающей от лазерного сканирующего дальномера и системы ультразвуковой локации, которая обеспечивает перемещение робота в недетерминированной динамической среде.

Рассматриваются вопросы управления мобильными манипуляционными роботами на базе теории нечеткой логики. Такой подход основан на том, что интеллектуальный робот выполняет свои функции во взаимодействии с человеком-оператором, однако способ подобного взаимодействия должен быть естественным для оператора и в основном иметь форму речевого диалога с использованием проблемно-ориентированного языка, приближенному к естественному профессиональному языку. Данный подход затрагивает все уровни системы управления, в том числе уровень взаимодействия с оператором, обучения, планирования и исполнения.

Изложены особенности формирования прецизионного сварного шва металлов с неизвестной кривизной. Показано, что качество технологического процесса сварки зависит не только от энергетических характеристик лазерного технологического комплекса, температуры сварочной ванны, но и от точности позиционирования фокуса лазерного излучения относительно сварного шва. Согласно результатам исследований, отклонение фокуса лазерного излучения от линии стыка свариваемых деталей не должна превышать 8…10 мкм. Поэтому оценкой качества технологического процесса сварки выступает точность позиционирования фокуса лазерного излучения. Это позволяет сформировать систему автоматизированного управления лазерным технологическим комплексом со стабилизацией заданного значения точности позиционирования лазерного луча относительно сварного шва.

Рассмотрена технология модифицирования поверхности сталей, алюминиевых и титановых сплавов методом лазерного оплавления. Наиболее перспективно использовать карбид кремния в качестве основного элемента при модифицировании поверхности. Проведены исследования по подбору материала связующего вещества при создании шликера, а также эксперименты по модифицированию поверхности алюминиевого сплава АМг6 при оплавлении шликерного слоя на основе карбида кремния.

Выполнено моделирование работы холодильной установки малой производительности. Приведены математическая модель установки, система уравнений модели, методы решения системы уравнений, а также результаты расчетного и экспериментального исследование режимов работы холодильной установки.

Рассмотрены промышленные и лабораторные методы приготовления газовых смесей. Показаны преимущества и недостатки объемных и поточных смесителей. Даны примеры расчета числа компонентов при получении смесей манометрическим и гравиметрическим методами. Созданы системы для приготовления смесей в виде криогенных жидкостей. Названы сферы рационального использования рассмотренных смесительных устройств.

Рассмотрены примеры мембранной сепарации потоков, содержащих азот, кислород и инертные газы. Предложены упрощенные методы расчета мембран для ряда прикладных задач. Показана зависимость концентрации целевого продукта от степени извлечения в случае обогащения неоногелиевой смеси. Проведено сопоставление мембранных технологий и конденсационных методов обогащения инертных газов. Даны результаты экспериментального исследования мембранных модулей на основе полых волокон.

Рассматриваются особенности построения алгоритма численного решения поликонтактных задач термомеханики деформируемого твердого тела в сложных двумерных областях. Решение строится в рамках конечно-элементной технологии на основе альтернирующего метода Шварца. Проведен расчет напряженно-деформированного состояния системы тепловыделяющих элементов.

Рассмотрен метод исследования процесса разрушения материала на основе положений механики сплошной среды. Для оценки состояния материала используется подход эффективного напряжения. Основной интерес представляет характеристика поврежденности — параметр разрушения. Рассмотрено построение определяющих уравнений для параметра разрушения. Поставлена связанная задача термоупругости с разрушением для стержня из хрупкого материала. Описан метод численного решения при помощи метода конечных элементов. Проведен анализ результатов численного моделирования.

Предложена модель теплопроводности, учитывающая эффект запаздывания при аккумуляции теплоты, в нелокальной среде. Для задачи высокоинтенсивного поверхностного нагрева получены численные решения в одномерном случае с помощью метода конечных элементов.

Дано описание схемы решения задач гидроаэродинамики в свободно распространяемом прикладном пакете OpenFOAM. Отмечены некоторые особенности в случае моделирования обтекания цилиндрических профилей. Сделан краткий обзор используемых совместно с OpenFOAM свободно распространяемых препроцессоров. Приведены примеры решения задач моделирования обтекания профилей с применением описанных прикладных программных средств.

Разработан алгоритм решения задачи теплопереноса в движущейся вязкой несжимаемой жидкости, использующий идеи метода LS-STAG. Решена модельная задача о тепломассопереносе вязкой несжимаемой жидкости в квадратной каверне с подвижной верхней границей. Проведена серия расчтов при различных параметрах задачи.

Предложен численный метод решения задачи Стефана, использующий вспомогательные функции: объемной плотности внутренней энергии и Кирхгофа. Это позволяет найти нестационарное температурное поле в области с подвижной границей раздела фаз путем сквозного счета. Метод применен для расчета затвердевания жидкометаллического теплоносителя в трубчатом элементе.

В статье рассматривается структура и состав, генезис и тенденции развития математического обеспечения вычислительных систем.

Рассмотрен метод численного моделирования рассеяния электромагнитного излучения на диэлектрических телах, обладающих проводимостью. Расчет индикатрисы рассеяния осуществлялся в три этапа: моделирование дифракции плоской электромагнитной волны и расчет поля в ближней зоне путем численного решения уравнений Максвелла методом конечных разностей, пересчет поля ближней зоны в поле дальней зоны за счет вычисления дифракционного интеграла, определение индикатрисы рассеяния по распределению поля в дальней зоне

Рассмотрена геометрическая модель кисти руки, построенная с помощью метода R-функций (функций В.Л. Рвачева), а также ее применение к задаче биометрической идентификации личности. Предложена мера сходства кистей рук на основе алгоритмов контурного анализа. Проведено исследование качества идентификации и производительности предложенного метода.

Проанализированы основные подходы к оценке информационных рисков и отмечены ограничения их практического применения. Предложен метод повышения адекватности оценок с использованием коэффициента конкордации.

Представлен метод автоматизированной минимизации ошибок идентификации лексем в текстах, написанных на естественном языке. Метод основан на совместном использовании словарной морфологии и аналитического метода. Применение метода позволит улучшить качество автороведческой экспертизы, что повысит вероятность идентификации автора по написанным им текстам.

Рассмотренная модель поведения лица, принимающего решения (ЛПР), является одним из видов нечеткой ситуационной сети (НСС), которая используется для описания многошаговых задач, связанных с реализацией управляющих решений НСС. С помощью модели целесообразно представлять динамику и последовательность реализации управляющих решений, выделенных при анализе ситуационных сетей более высокого уровня управления: гомеостатического или тактического по конечной цели. Если в системе решается несколько задач одновременно, то решение каждой задачи моделируется описанным выше способом, а на каждом шаге решения задачи в целях выбора управляющих воздействий, обеспечивающих сохранение определенного уровня системного ресурса, осуществляется анализ на основе нечеткой компромиссной игры.

Изложен подход к разработке автоматизированных учебных пособий на основе семантической сети понятий. Сформулированы требования к такому учебному пособию, предложены структурная и формализованная модели пособия на основе семантической сети понятий. Целью разработки модели является облегчение для обучаемых восприятия различных учебных пособий за счет того, что они составлены на основе целостного представления о предметной области.

При описании процессов со сложной нелинейной логикой исследователь обычно использует известные методологии описаний в виде диаграмм последовательностей и конечных автоматов. Чтобы описать процессы в системах реального времени, необходимо учесть возможность фиксации и реагирования системы на внешние и внутренние события. При этом переход от теоретического описания процесса в виде диаграмм конечного автомата к его программной реализации зачастую затруднен вследствие неполного соответствия средств проектирования и программирования. Используемый в работе метод событийного конечного автомата основан на подходе, реализуемом функциональными языками и в современных моделях программирования типа .Net Framework.

Предложено рассматривать применение анализа для решения задач трафика в целях получения данных о наиболее частых маршрутах. Разработана модель периодического шаблона.

Рассмотрена методика идентификации пассажира по установочным данным с учетом возможных опечаток в тексте. Для сравнения строк текста с опечатками предложено использовать расстояние Дамерау – Левенштейна, вычисленное с помощью алгоритма Вагнера – Фишера с отсечениями Укконена.

Предложен метод распознавания направлений линий на изображении отпечатка пальца. Направления линий находятся по конечным вершинам простой цепи и снабжаются достоверностью. Пути цепей определяются границами линий. Поиск простых параллельных цепей в окрестностях одноименных границ различных линий обеспечивает фильтрацию помех.

В рамках концепции вязко-невязкого взаимодействия рассмотрено обтекание тел с отрывом дозвукового потока в донной области. Математическое моделирование процесса обтекания тел проведено методом дискретных вихрей. Представлены результаты моделирования распределения давления на осесимметричном теле с конической сужающейся хвостовой частью.

Приведен численный метод решения широкого круга задач математической физики, характеризующихся сложной формой граничных поверхностей. В качестве иллюстрации решена задача двумерного нестационарного уравнения Фурье на области определения по пространственным координатам с переменной границей, базирующаяся на использовании подвижной системы координат и метода матричной прогонки. Предложен метод аппроксимации дифференциальных операторов по пространственным переменным, характеризующийся вторым порядком точности на неравномерной сетке.

Рассмотрена упрощенная схема контакта тел с упругими мягкими покрытиями в целях возможно большего учета явлений, протекающих в области контакта. Предложена формула для описания нелинейного трения. С использованием этой формулы получено выражение для расчета температуры в области контакта.

Предложена модель трехмерного пограничного слоя, в которой полные уравнения Навье—Стокса решаются не для всей области обтекания, а в тонком пограничном слое, в остальной области осуществляется решение уравнений идеального газа. Представлены результаты численного тестирования алгоритма для задачи о течении в канале сверхзвукового воздухозаборника. Проведено сравнение режимов течения для идеального и вязкого газов, а также модели трехмерного пограничного слоя.

Предложена математическая модель процессов микроразрушения тканевых композиционных материалов, основанная на методе асимптотического усреднения и конечно-элементном решении локальных задач на ячейках периодичности. В качестве критерия прочности матрицы используется модифицированная модель Писаренко—Лебедева, а критерия прочности армирующих нитей — двухуровневая модель повреждаемости пучка моноволокон. Модель обеспечивает определение зоны распространения микроразрушения в композите при изменении действующей нагрузки. Приведены численные примеры, показывающие возможности разработанной модели для численного исследования процессов микроразрушения тканевых композитов.

Рассмотрены ограничения известных алгоритмов восстановления данных при утрате сведений о фрагментации файлов, состоящих более чем из одного фрагмента. Приведена классификация повреждений файловых систем. Предложен новый алгоритм, обеспечивающий для ряда форматов файлов восстановление информации о фрагментации файла на основе данных, содержащихся в файле.

На примере организации хранения множества ребер гиперграфа и их образов относительно предиката инцидентности рассмотрена методика синтеза комбинированных многоуровневых структур данных. Математическими моделями базовых и производных структур данных являются ориентированные графы. Модель синтезированной структуры формируется в результате выполнения операции объединения модели исходной структуры и модели отношений, обеспечивающих эффективную реализацию заданных операций.

Рассмотрены проблемы распознавания государственных регистрационных знаков и функционирования системы идентификации транспортных средств. Предложены методы предварительной обработки изображений для увеличения и выравнивания контрастности, подавления шумов, повышения четкости и устранения смазывания изображений.

Предложена модификация метода нечеткого вывода решения, позволяющая без потери объяснительных возможностей осуществлять корректировку значения выводимой переменной в указываемых окрестностях точек с нарушениями требований к точности решения задачи.

Рассмотрены проблемы внедрения CALS-технологий на современном предприятии. Проанализированы задачи контроля качества геометрии, технологий и правил проектирования электронных моделей в системе автоматизированного проектирования Siemens NX. Разработан механизм автоматизированной проверки изделия на основе инструмента Check-Mate.