МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Разработана теория упругой устойчивости тонких многослойных пластин, построенная на общих уравнениях трехмерной теории устойчивости упругих сред путем введения асимптотических разложений по малому геометрическому параметру — отношению толщины пластины к ее длине — без введения каких-либо гипотез относительно характера распределения перемещений и напряжений по толщине пластины. Сформулированы локальные задачи теории устойчивости, получены осредненные уравнения равновесия для пластины в основном и варьируемом состояниях. Найдено решение локальных задач в явном аналитическом виде, с помощью которого определены соотношения для всех шести компонент тензора напряжений, включая поперечные нормальные напряжения и напряжения межслойного сдвига в основном и варьируемом состояниях пластины. Показано, что осредненные уравнения устойчивости теории пластин отличаются от классических уравнений теории пластин Кирхгофа — Лява и Тимошенко как выражением поперечной силы, вызванной поворотом пластины при действии напряжений основного состояния, так и определяющими соотношениями пластины, содержащими члены, обусловленные ее основным напряженным состоянием. Показано, что для ортотропных пластин определяющие соотношения упрощаются и формально становятся подобными классическим соотношениям теории тонких пластин, но мембранные и изгибные жесткости пластины зависят от напряжений основного состояния. Приведен пример расчета тонкой ортотропной пластины при одноосном сжатии. Получено выражение для критической силы потери устойчивости, отличающееся от классической формулы Эйлера выражением для изгибной жесткости, которая зависит от параметров основного состояния пластины. Различие значений критической силы наиболее существенно для пластины с анизотропными слоями.

Представлены базовые соотношения новой теории тонких многослойных анизотропных оболочек, построенной на основании общих уравнений трехмерной теории упругости путем введения асимптотических разложений по малому параметру без каких-либо гипотез относительно характера распределения перемещений и напряжений по толщине. Показано, что глобальная (осредненная по определенным правилам) задача асимптотической теории оболочек близка к теории оболочек Кирхгофа —Лява, но отличается от нее определяющими соотношениями, содержащими производные второго порядка от мембранных перемещений. Решены так называемые локальные задачи теории оболочек, с помощью которых получены явные выражения для шести компонент тензора напряжений, включая поперечные нормальные напряжения и напряжения межслойного сдвига в оболочке.

Предложены способ отделения корпуса боеприпаса от разрывного заряда взрывчатого вещества под действием предварительно созданного в материале корпуса и в зарядной каморе, а затем резко сброшенного у его внешней поверхности магнитного поля, а также способ извлечения металлической облицовки кумулятивного заряда с использованием магнитно-импульсного воздействия на элементы конструкции. Проведен теоретический анализ, выполнены оценочные расчеты необходимых параметров магнитного поля и проверочные лабораторные эксперименты.

Рассмотрена возможность использования в технологиях разрушения и разделения материалов электродинамических воздействий, связанных с электрическим взрывом в жидкой среде, созданием электродинамических сил между токопроводящими элементами путем пропускания по ним импульсного электрического тока, использованием методов магнитно-импульсной обработки материалов, в частности, метания металлической пластины, разогнанной импульсным магнитным полем. Предложенные технологии могут прийти на смену традиционным взрывным технологиям с использованием химических взрывчатых веществ, которые загрязняют окружающую среду и небезопасны при транспортировке и хранении.

Показано, что большинство современных баз данных (БД) хранит единственное —текущее — состояние объектов предметной области и относится к классу реляционных БД. Отмечено, что реляционные БД являются нетемпоральными и хранят оследнее состояние объекта. Под влиянием внешних факторов эти объекты изменяются во времени, поэтому возникает необходимость регистрации различных их состояний. На основе анализа существующих моделей темпоральных БД и их основных войств определены модели и подходы, позволяющие оптимально решать задачи обработки данных с изменяемой структурой в информационных системах. Выделен класс моделей, обеспечивающих преобразование нетемпоральных БД в емпоральные. Рассмотрены способы выполнения запроса к изменяющимся со времени данным и сохранения их целостности.

Предложена теоретическая модель коммутатора, построенная на основе особенностей структуры кадров технологии Ethernet. Рассмотрены функционирование гипотетического коммутатора любого иерархического уровня топологической схемы остроения транспортной системы компьютерной сети. Приведены расчетные зависимости для определения вероятности и математического ожидания времени взаимной блокировки кадров в коммутаторах, реализующих второй уровень эталонной одели ISO/OSI. Установлена связь между задержкой коммутатора и требованиями к объему потребной буферной памяти его входных и выходных интерфейсов для любых топологий пересечения информационными потоками в транспортных системах.

Описана конструкция устройства для конденсации азота в титане. Рассмотрены варианты конденсации сухого и влажного азота. Показаны основные этапы техники проведения эксперимента.

Представлено исследование компании Cisco о внедрении больших данных. Обоснована перспективность применения технологий Big Data. Описаны современные методы визуализации больших данных. Показаны конкурентные преимущества при использовании технологий Big Data.

Проведен обзор технологий Big Data на современном этапе развития, проанализированы перспективы их дальнейшего развития. Обоснованы необходимость использования и перспективность применения технологий Big Data. Осуществлен авнительный анализ платформы Hadoop с ее аналогами. Приведены результаты исследований применения технологий Big Data. Исследованы современное состояние и тенденции развития технологий Big Data в России и за рубежом.

Предложен подход к организации вычислений в рамках термодинамической модели, описывающей фазовое равновесие в многокомпонентных магнитных сплавах на основе системы Fe–Cr–Co. Приведено краткое введение в предметную область решаемой задачи, описание основных составных частей модели, подробно описана схема вычислений.

Предложен подход к решению задач исследования характеристик ПЛИС и тестирования систем, использующих ПЛИС, на ранних этапах разработки посредством универсальных тестовых прошивок на основе конвейеризированных генераторов контрольных кодов. Разработаны тестовые прошивки: на основе CRC (для выявления одиночных и множественных сбоев или отказов) и на основе кода Хэмминга (для выявления места сбоя или отказа).

Рассмотрено средство имитационного моделирования, выполненное в виде Web-приложения на основе технологии «облачных» вычислений. Web-приложение разработано с использованием технологии Java-сервлетов и специальной библиотеки классов языка Java для имитационного моделирования. Приложение позволяет выбирать объект для проведения имитационных экспериментов – клиент или сервер. Рассмотрены тесты для выбора объекта, на котором необходимо проводить эксперименты, с целью уменьшения длительности цикла моделирования. Представлены результаты тестов в различных условиях.

Предложена топливоподающая система для дизельного двигателя, позволяющая управлять давлениями предварительного впрыскивания и впрыскивания после основного, а также изменять кривую давления основного впрыскивания. Система представляет собой насос-форсунку с независимым управлением давлением и иглой. Разработана математическая модель впрыскивания топлива насосом-форсункой. На основе этой модели рассчитаны характеристики топливоподачи для многофазного впрыскивания, состоящего из одного предварительного, основного и одного впрыскивания после основного. Расчет проводился для режимов, различающихся формой основного впрыскивания: ступенчатая, трапециевидная, треугольная и прямоугольная. Показано, что предложенная топливоподающая система позволяет реализовать все четыре формы основного впрыскивания, а также установить давление предварительного впрыскивания и впрыскивания после основного. Рассматриваемая топливоподающая система является перспективной, однако нуждается в дальнейшем изучении.

Представлена топливоподающая система для дизельного двигателя с насосом-форсункой нового типа. Проведено математическое моделирование впрыскивания данным насосом-форсункой. Полученные характеристики впрыскивания сопосталены с характеристиками известного насоса-форсунки с пьезоэлектрическим клапаном.

Рассмотрен вариант конструкции дифракционных оптических элементов (ДОЭ), работающих на пропускание в составе оптических систем во втором порядке дифракции. Обоснована необходимость применения фазовых ДОЭ. Показана возможность применения фазовых ДОЭ, имеющих двухуровневую структуру при прямоугольном микропрофиле рабочей поверхности. Подтверждены возможности изготовления ДОЭ и голограммных оптических элементов ( ГОЭ) с применением установки плазмохимического травления (ПХТ) Caroline 15 PE. Определены оптимальные режимы ПХТ для ДОЭ из щелочного стекла. Установлено, что максимальная глубина рельефа ДОЭ и ГОЭ соответствует максимальной селективности травления стекла относительно материала маски. При толщине хромовой маски 100 нм достигается глубина микрорельефа до 1,4 мкм, что обеспечивает повышение дифракционной эффективности ДОЭ и ГОЭ. Относительная интенсивность света во втором порядке дифракции может составлять 30 %, что позволит создавать новые изделия микрооптики.

Рассмотрено использование технологического процесса сверxпластической формовки (СПФ) для производства облегченных деталей газотурбинных двигателей. На примере детали простой формы — полого кольца воздухозаборника — поставлена и решена задача конструкторско-технологического проектирования. При решении данной задачи учтены как особенности конструкции кольца воздухозаборника, так и особенности процесса СПФ. Поставлена и решена задача технологической оптимизации — выбраны целевая функция, параметры оптимизации и ограничения, накладываемые на параметры оптимизации. Для решения задачи оптимизации выбран и реализован алгоритм последовательного квадратичного программирования. Для снижения трудоемкости расчетов уменьшено количество геометрических параметров оптимизации путем использования кубических сплайнов для описания геометрии заготовки. Также определены оптимальные законы подачи давления формовки, обеспечивающие изготовление качественной детали. Показана возможность применения предложенного подхода и для проектирования других деталей газотурбинных двигателей.

Построена математическая модель переноса тепловой энергии в волокнистом композите, учитывающая наличие в матрице пор в виде удлиненных полостей между волокнами. Получены расчетные зависимости для эффективных коэффициентов теплопроводности матрицы после отверждения связующего и волокнистого композита с такой матрицей. Представлены формулы для двусторонних оценок и предельных значений возможной погрешности вычислений. Проведен параметрический анализ этих зависимостей и формул. Сравнение расчетных результатов с известными экспериментальными данными выявило необходимость уточнения математической модели в случае большого различия коэффициентов теплопроводности матрицы и волокон.

Рассмотрено равномерно-эллиптическое уравнение с измеримыми ограниченными коэффициентами. Получены интегральные оценки решения на бесконечности при условии выполнения однородных условий Неймана на боковой части границы цилиндра.

Исследован процесс формирования температурного поля в плоской изотропной пластине постоянной толщины, одна из поверхностей которой подвержена воздействию осесимметричного осциллирующего теплового потока с интенсивностью гауссовского типа, а другая — охлаждается внешней средой с постоянным коэффициентом теплоотдачи и температурой, равной начальной температуре пластины. Для описания изучаемого процесса использована двумерная математическая модель нестационарной теплопроводности в цилиндрической системе координат. В результате анализа этой модели установлено, что температурное поле охлаждаемой пластины представляет собой композицию двух температурных полей, первое из которых не имеет предельного стационарного распределения, а второе носит сугубо диффузионный характер. С применением общей теории интегральных преобразований в аналитически замкнутом виде найдены решения соответствующих задач теплопроводности: краевой и смешанной (начально-краевой), определяющие решение исходной задачи нестационарной теплопроводности.

Предложена математическая модель расчета давления в замкнутой вертикальной цилиндрической емкости, частично заполненной криогенным компонентом в трех фазовых состояниях при бездренажном хранении. Рассмотрена сопряженная задача о нахождении температурных и гидродинамических полей в области пара и жидкости с учетом тепловых потоков по стенкам при наличии подвижной границы раздела между жидкостью и шугой и неподвижной границы раздела между паром и жидкостью, на которой происходит испарение жидкой фазы. Принято, что пар подчиняется уравнению состояния идеального газа, область шуги изотермична и имеет температуру плавления твердой фазы, в начальный момент времени пар и жидкость неподвижны и имеют температуру и давление тройной точки. Поле температур и скоростей в области пара и чистой жидкости определено из уравнений Навье — Стокса, записанных в приближении Буссинеска с использованием переменных вихрь — функция тока. Задача решена численно с применением метода сеток по явной схеме расчета.

Рассмотрен один из возможных алгоритмов учета затененности отдельных участков стержней ферменного рефлектора при определении температурных полей. Предложенный в работе подход позволяет учесть неравномерность тепловых потоков, падающих на отдельные стержни каркаса рефлектора, и достаточно точно описать реальное распределение температур по длине каждого стержня рефлектора антенны для различных положений космического аппарата на орбите Земли.

Под каталитическим эффектом памяти понимается отклик на модификацию поверхности катализатора субстратом во время приготовления конкретного образца. Под откликом понималось увеличение выхода продукта. Однако ожидаемый эффект не всегда оправдывался, ибо чаще падала общая активность. Для сложных реакций необходимо исследовать эволюцию селективности, что требует использования метода бинарных систем отношений. Ранее доминировал унарный подход, при котором не учитывается связь с другими термодинамически возможными реакционными путями. Современная физика принимает во внимание бинарные системы вещественных отношений или системы комплексных отношений. Цель настоящего сообщения заключается в объяснении непопулярности каталитического эффекта памяти, ибо катализ является в большей мере инженерной наукой. Технолог более заинтересован в общей активности, которая, как правило, антибатна селективности.

Проведено экспериментальное и теоретическое исследование эффективности термопескоструйных аппаратов эжекторного и напорного типов посредством измерения уноса материала с поверхности исследуемых образцов для различных видов абразива. Описаны методика исследования и элементы экспериментального оборудования. Предложена математическая модель для расчета характеристик термопескоструйных аппаратов при ряде допущений. По уносу массы образца оценены энергия частиц абразива и эффективность термопескоструйного аппарата в целом. Анализ полученных результатов подтверждает сравнительно высокую производительность и переспективность термопескоструйных аппаратов напорного типа.

На основе разработанной математической модели переноса тепловой энергии в композите с анизотропными включениями в форме трехосных эллипсоидов предложена процедура вычисления компонент тензора эффективной теплопроводности текстурированного композита. Рассмотрен вариант анизотропных включений, у которых главные оси тензора теплопроводности совпадают с осями симметрии эллипсоидов. Приведены расчетные зависимости для конической текстуры с учетом ее возможного рассеяния. Полученные результаты можно использовать для прогноза эффективных коэффициентов теплопроводности композитов, модифицированных наноструктурными элементами (в том числе углеродными нанотрубками). В силу электротепловой аналогии эти результаты применимы для расчета характеристик электропроводности и диэлектрической проницаемости текстурированных композитов с эллипсоидальными включениями.

В статье рассмотрен широкий класс нелинейных реакционно-диффузионных систем уравнений с запаздыванием. Получены многопараметрические точные решения с обобщенным разделением переменных, содержащие произвольное число произвольных постоянных. Приведено решение, описывающие нелинейное взаимодействие стоячей волны с бегущей волной. Определена область неустойчивости решений системы с запаздыванием.

Рассмотрены фундаментальные принципы и критерии новой парадигмы формирования кристаллического строения сложных фасонных заготовок методами литья и обработки давлением — принципы тиксоформирования. Проанализированы результаты практического использования новых принципов формообразования деталей из литейных и деформируемых алюминиевых сплавов методами тиксоштамповки и изотермического прессования.

Изложены основные явления воздействия подводного взрыва на гидродинамику в их реальной последовательности. Представлены результаты исследований, связанных с изучением основных явлений подводного взрыва. Показано, что характер распространения возмущения зависит от физических и химических свойств взрывчатого вещества. Получены уравнения движения сжимаемой жидкости в различной формулировке для интегрирования внутри объема, ограниченного фронтом ударной волны и поверхностью волны разрежения, которая следует за волной сжатия на некотором удалении. Показано, что волны сжатия и разрежения пересекаются на свободной морской поверхности, в окрестности которой выполняются условия быстрого расширения. Граничные условия выведены из уравнений сохранения массы, количества движения и энергии.

Рассмотрено влияние внутренних источников теплоты на распределение температуры в канале аппарата орто-параконверсии водорода. Создана математическая модель, методом преобразования Лапласа получено законченное аналитическое решение в безразмерной форме.

Показаны практические результаты, достигнутые при создании системы управления полетом для беспилотного летательного аппарата. На основе геометрического метода синтеза сформированы cтруктура и алгоритмы системы управления полетом. Характерной особенностью синтезированной системы управления является то, что это грубая система. Полученные в летных испытаниях показатели, демонстрирующие точность прохождения маршрута, подтвердили работоспособность применяемых технологий разработки и изготовления системы управления полетом.

Рассмотрены вопросы коммерциализации научных исследований и показана роль университетов, высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов в современной инновационной системе.

Предложены новые терагерцовые (ТГц) неохлаждаемые болометры на основе графена n- и p-типов, поглощающего падающее ТГц-излучение, с барьерной областью между ними, образованной системой графеновых нанолент (ГНЛ). Принцип действия таких болометров основан на разогреве двумерных электронных и дырочных газов в n- и p-областях и соответствующем изменении электрического тока, протекающего через ГНЛ. Разработана физико-математическая модель данных болометров, используемых для вычисления зависимостей темнового тока и чувствительности болометров к напряжению смещения и энергии ТГц-фотонов. Показано, что предлагаемые болометры заметно превосходят неохлаждаемые электронные Тц-болометры на основе традиционных полупроводниковых гетероструктур.

Рассматрен языко- и текстонезависимый методы голосовой идентификации человека, основанные на выделении из речевого сигнала признаков, характеризующих линейное предсказание поведения автокорреляционной функции кепстра голосового сигнала. На основе вектора признаков построена голосовая модель человека в виде максимально-правдоподобной смеси гауссианов, описывающих вектор признаков. Голосовая идентификация выполнена путем выбора модели, имеющей максимальную апостериорную вероятность ее восстановления по входному голосовому сигналу.

Обоснована актуальность применения непневматических шин на современных образцах автомобильной техники. Предложен метод сравнительного анализа различных конструкций непневматической шины на основе статического расчета и анализа их тепловой нагруженности. Даны выводы о работоспособности конструкций, целесообразности их применения, а также о практической ценности предлагаемого метода.

К настоящему времени сформировалось убеждение, что высокопрочные алюминиевые сплавы можно подвергнуть переработке в твердожидком состоянии аналогично тому, как это осуществляется с литейными сплавами. Рассмотрена проблема формирования требуемой микроструктуры, проанализированы особенности получения и эффекты переработки различными методами тиксозаготовок из перспективных, но труднодеформируемых высокопрочных сплавов.

Представлены результаты анализа основных параметров технико-экономической эффективности проектов космических аппаратов туристического класса. Выполнен обзор инструментов финансового планирования и прогнозирования капитальных затрат. На основании расчетов сделаны выводы о перспективах развития сектора космических туристических услуг в течение ближайших десятилетий.

Разработана математическая модель изменения термо- и газодинамических параметров в процессе подачи газа на изделия ракетно-космической техники при пневматических испытаниях. Получена зависимость амплитуды колебаний относительного давления от типа газа, его исходных параметров, степени сжатия к моменту отсечки подачи и возможностей системы подачи газа. Даны оценки временных параметров колебаний давления.

Приведены исследования течения газа в проточной части молекулярного вакуумного насоса (МВН) в вязкостном режиме течения газа. Проведен выбор и обоснование метода расчета МВН.

Рассмотрены вопросы определения и формализации типовых движений многозвенного шагающего робота. Определены требования для типовых движений. Получены аналитические выражения законов изменения параметров и закона движения.

Обоснована возможность применения лазеров для маркировки полиэтиленовых пленок, используемых для упаковки большинства товаров, что позволит защитить товар от подделок.

Рассмотрены вопросы измерения толщины слоя или покрытия с неизвестными характеристиками. Разработана теоретическая методика, позволяющая определять абсолютную толщину слоя в пределах 50…1000 мкм. Проведены эксперименты, подтверждающие реализуемость методики с погрешностью измерений 10…15 %.

С использованием представления для симплектической томограммы через интеграл Фейнмана по траекториям строится томографическая теория возмущений. Найдено представление для томограммы, которое аналогично борновскому разложению волновой функции. Предлагаемый метод позволяет искать решения для эволюционного уравнения Фоккера – Планка в виде ряда теории возмущений. Рассмотрено разложение томограммы, основанное на свойстве ее однородности.

Рассмотрены достижения в области автоматических методов идентификации личностей по голосу, которые позволили приблизить рабочие характеристики голосовой модальности к характеристикам других биометрических модальностей, в особенности к лицевой. Приведен метод мультиалгоритмического и мультимодального смешивания на уровне оценок при совместном использовании нескольких биометрических характеристик различной модальности. Приведены экспериментальные данные построения обобщенного решения по нескольким модальностям.

Предложена модель эрозионного горения энергетических материалов, учитывающая влияние механического разрушения (диспергирования) материала на общий процесс горения. Сравнение с экспериментами по горению наполненных полисилоксановых каучуков в высокоэнтальпийных потоках показало хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов.