В данной работе численным методом исследована эффективная теплопроводность пористых материалов. Предложена методика конструирования изоляционного материала с заданными геометрическими характеристиками, позволяющая с достаточной точностью прогнозировать теплопроводность пористой изоляции. Конструирование вспененных пористых теплоизоляционных материалов основывалось на методе диаграммы Вороного. Эффективная теплопроводность пористых сред определялась для двадцати структур с различными геометрическими характеристиками. Теплофизические свойства материала соответствовали меланину. Для верификации численного решения эффективная теплопроводность меланиновой губки определялась экспериментально. Между собой сравнивалась одна регулярная структура и три нерегулярные структуры. Порозность изоляционных конструкций находилась в диапазоне от 0,722 до 0,987, диаметр фибер в диапазоне от 0,0489 мм до 0,1259 мм. Предложено теоретическое решение для определения эффективной теплопроводности регулярных структур. Предложенная в работе методика может быть использована для конструирования теплоизоляционных материалов на основе аддитивных технологий, с известно заданными теплоизоляционными и конструктивными свойствами.

Ключевые слова: эффективная теплопроводность, пористая структура, пористый изоляционный материал, диаграмма Вороного

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

В работе проведено теоретическое определение коэффициента передачи смесителей миллиметрового диапазона на резонансно-туннельных диодах. Проведен анализ условий оптимизации коэффициента передачи СВЧ смесителей, использующих в качестве нелинейных элементов резонансно-туннельные диоды. Определено оптимальное постоянное напряжение, при котором амплитуда гетеродина, необходимая для получения максимального коэффициента передачи смесителя, будет иметь наименьшую величину, а сам коэффициент – наибольшее.

Ключевые слова: коэффициент передачи, смеситель, миллиметровый диапазон, преобразование частоты, амплитуда гетеродина, модифицированные функции Бесселя, коэффициент устойчивости, резонансная частота, полоса пропускания

01.04.10 - Физика полупроводников , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В работе рассматривается квазистационарное движение вязкой сжимаемой жидкости в зазоре упорного подшипника с нелинейным контуром опорной поверхности ползуна. Предполагается, что ползун неподвижен, а направляющая с расплавленной поверхностью движется в сторону сужения зазора со скоростью, зависящей от времени. Для решения использованы общеизвестные уравнения: уравнение движения сжимаемой жидкости, уравнение неразрывности, уравнение состояния и уравнение, описывающее профиль расплавленного контура опорного кольца. Рассмотрен случай для экстремальной и не экстремальной ситуации, то есть, когда параметр удельной теплоты плавления стремится к бесконечности и наоборот. В результате точного автомодельного решения определены основные эксплуатационные характеристики – поля скоростей и давления, нагрузочная способность и сила трения. Также решена задача об устойчивости движения опорного кольца. Заключительным этапом теоретических методов расчета является численный анализ. Анализ его результатов показал, что модифицированная конструкция упорного подшипника скольжения с учетом дополнительных факторов имеет значение несущей способности, превышающее в диапазоне исследованных нагрузочно-скоростных режимов на 8 – 11 % стандартные конструкции. Коэффициент трения при этом снижается на 9 – 13 %.

Ключевые слова: квазистационарное течение, экстремальный случай, металлическое покрытие, нестандартный опорный профиль, гидродинамический режим, устойчивость движения направляющей

01.04.02 -Теоретическая физика , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Наиболее простым, надёжным и обладающим достаточной точностью способом дозирования сыпучих продуктов является порционное дозирование по объему с использованием мерных ёмкостей. В статье рассмотрена математическая модель объемного дозатора. Комбинирование нескольких методов регулирования подачи сыпучих материалов при порционном дозировании обеспечиваться построением точной модели барабанного дозатора.

Ключевые слова: математическая модель барабанного дозатора, процесс дозирования, трение, динамический коэффициент трения, статический коэффициент трения, сыпучий материал

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Объектом исследования является утилизационный теплообменный аппарат. Цель работы – разработать конструкцию теплообменного аппарата (ТА), используемого для утилизации теплоты отходящих газов газотурбинной установки (ГТУ), с увеличенной тепловой мощностью. В процессе работы проводился расчет и численное моделирование новой конструкции теплообменного аппарата. Результатом исследования стала конструкция газовоздушного теплообменного аппарата, требующая на 6,5 % меньше расхода теплоносителя (выхлопных газов) по сравнению с прототипом.

Ключевые слова: теплообменный аппарат, утилизация теплоты, энергоэффективность газотурбинной установки, численное моделирование, гаозовоздушный теплообменник

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Глобальная общемировая тенденция развития современных компьютерных технологий способствует внедрению в проектирование, строительство и эксплуатацию BIM-технологий, работающих с единой моделью здания или сооружения на протяжении всего жизненного цикла. Задачи, возникающие в процессе проектирования и строительства, стимулируют развитие цифровых технологий, а те, в свою очередь, требует непрерывного изучения и совершенствования знаний в этих областях. Для максимальной результативности проектов и реализации архитектурной мысли по средствам информационных технологий появляются новые требования для работы архитекторов. В данном направлении необходимо готовить архитекторов и конструкторов нового поколения и проводить переподготовку давно практикующих. В данной работе мы рассмотрели преимущества и недочеты перехода полного цикла архитектурно-строительного проектирования в IT моделировании. Изучили вопрос быстрого выявления недостатков и неустойчивости конструкции проектируемого здания благодаря интеграции программ: ArchiCAD, САПФИР, ЛИРА-САПР.

Ключевые слова: архитектурная среда, информационные технологии, интеграция, BIM, проектирование, IT моделирование, строительство

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения (технические науки)

В статье изложены результаты разработки комбинированного медицинского измерительного прибора – офтальмопневмогониометра, с помощью которого возможно выполнение комплекса измерений внутриглазных структур и давления. На основании результатов анализа предметной области автором была предложена структурная прибора, рассмотрены технические решения отдельных ее элементов. Приведены краткие выводы по проделанной работе, а также обозначены перспективы развития проекта.

Ключевые слова: офтальмопневмогониометр, офтальмогониометрия, внутриглазное давление, оптика глаза

01.04.05 - Оптика , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В работе изучается вопрос влияния качества расчетной треугольной сетки на точность вычислений в различных вычислительных задачах. Известен пример Шварца, который показывает, что аппроксимация гладкой поверхности многогранной поверхностью может давать очень большие погрешности для вычисления площади поверхности. Это обусловлено тем, на сколько качественной является построенная триангуляция поверхности. Поэтому, естественно ожидать, что существует некоторая связь между определенной характеристикой триангуляции и точностью решения некоторой вычислительной задачи. В представленной статье в качестве такой характеристики выбирается величина – среднее значение минимального синуса угла всех треугольников расчетной сетки. В процессе численных экспериментов решалась задача Дирихле для уравнения Лапласа в круговом кольце, в которой рассчитывалась погрешность приближенного решения (использовался метод градиентного спуска для поиска решения соответствующей вариационной задачи.). Для кольца была построена серия триангуляций с равномерным разбиением по углу и неравномерным разбиением по радиусу в полярных координатах. На данном примере была показана линейная зависимость погрешности от . В статье приводятся как результаты вычисления с различными значениями , так и вычисление коэффициента корреляции исследуемых величин.

Ключевые слова: краевая задача, триангуляция Делоне,точность вычислений, задача Дирихле, математическое моделирование, треугольная сетка, минимальный угол треугольника, кусочно-линейная аппроксимация, вариационный метод, уравнение Лапласа.

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В данной статье рассмотрена одна из частей разработки устройства определения магнитных характеристик ферромагнитных материалов с эффектом памяти формы. Разработана функциональная схема устройства. Проведено моделирование работы устройства и исследование поведения сплава с эффектом памяти формы. Погрешность определения магнитной характеристики ФМПФ с использованием намагничивающей установки разрабатываемого устройства не превысила 0,25 %.

Ключевые слова: магнитострикционные материалы, основная кривая намагничивания, магнитный шунт, магнитный поток

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В данной статье рассмотрена разработка устройства калибровки магнитометра, которое управляется микроконтроллером, Arduino [1, 2], который может принимать, обрабатывать и передавать необходимые команды периферийной части установки при помощи написанного кода программы. Необходимость буферных схем и элементов позволяет управлять устройствами ввода-вывода. С их помощью реализуются интерфейсные аппаратные средства. Были разработаны структурная и функциональная схемы устройства. А также проведен расчет параметров катушек Гельмгольца, построена их 3D модель. С помощью Гауссметра проведен натурный эксперимент, подтвердивший работоспособность устройства и его эффективность.

Ключевые слова: контрольно-измерительное устройство, индукция, катушки Гельмгольца, гауссметр

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В данной статье рассмотрена разработка цифровой метеостанции с измерением параметров геомагнитного поля. Преимуществом разрабатываемого устройства являются возможность одновременной стабильной и корректной работы нескольких датчиков (а именно 15), точность измерений на больших расстояниях (до 300 метров). Разработаны структурная и функциональная схемы устройства. В программе схемотехнического анализа Micro-Cap спроектирован стабилизатор напряжения устройства. Проведены экспериментальные исследования готового устройства.

Ключевые слова: цифровая метеостанция, геомагнитное поле, магнитный датчик, Arduino

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В данной статье рассмотрена разработка контрольно- измерительная система считывания штрих-кодов с печатных плат в процессе производства. Была спроектирована функциональная схема устройства. Проведен натурный эксперимент по определению рабочей дистанции и углов считывания штрих-кодов. Выявлено, что разработанная система имеет конкурентные преимущества перед аналогами в более высокой скорости считывания штрих кодов и работе с различными углами наклона штрих кодов.

Ключевые слова: контрольно-измерительная система, штрих-код, печатные платы, лазерный дальномер

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В данной статье рассмотрена разработка информационно-измерительной системы определения теплофизических параметров электротехнических устройств. Приведена разработанная функциональная схема устройства. Проведены экспериментальные исследования в программе COMSOL. В результате экспериментального исследования переноса тепла из одной части электромагнита в другую, а именно от намагничивающей катушки, через сердечник в окружающую среду, сделан вывод о том, что наилучшее расположение датчиков измерения температуры находится в верхней части корпуса электромагнита ЭМ-34-5. Полученные данные возможно использовать для определения теплофизических параметров, при решении задач теории обратных задач теплопереноса и теплопередачи.

Ключевые слова: информационно-измерительная система, электротехнические устройства, теплофизические параметры, COMSOL

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Представлена интегрированная информационно – измерительная система, включающая в себя: персональный компьютер, специальное программное обеспечение, набор датчиков, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь, позволяющая исследовать коррозионные процессы. Показаны некоторые возможности применения современных информационные технологии в практикуме по физике и электрохимии. Проведен эксперимент по исследованию коррозии металла и её подавлению с помощью традиционной установки и модифицированной, с использованием современных информационных технологий.

Ключевые слова: программный комплекс, коррозия металла, натурный эксперимент, интегрированная система, информационные технологии

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям) , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В данной статье рассмотрена одна из частей разработки устройства входного контроля пленочных конденсаторов. Разработаны структурная и функциональная схемы. Представлены результаты моделирования измерительной схемы в программном пакете Microcap. Результаты модельного эксперимента подтверждают правильность расчетов.

Ключевые слова: входной контроль, пленочные конденсаторы, Arduino, Microcap, диагностика

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В статье приводится расчет различных вариантов гофробалок с различными характеристиками толщин полки стенки и сравнение с эталонной принятой двутавровой балкой, применяемой в строительстве. Основным требованием при сравнении вариантов принимается максимальный прогиб исследуемых балок с прогибом в эталонной балки на основании расчета в программном комплексе Ansys который рассчитывает модели с применением метода конечных элементов.

Ключевые слова: гофробалка, метод конечных элементов, программный комплекс Ansys, сравнение вариантов, моделирование, двутавр, балка

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Работа посвящена исследованию возможностей обеспечения безусловного достижения целей промышленных предприятий при сочетании модального управления и линейного регулирования с оптимизацией затрат при оперативном и тактическом управлении системами менеджмента качества. Показана общность зависимостей при модальном управлении и линейном регулировании. Предложен подход к сочетанию модального управления и линейного регулирования, включающий определение возможностей по изменению элементов системной матрицы, а также поиск оптимальных или выбор рациональных решений на основе учета затрат. Применение этого подхода рассмотрено на примере деятельности промышленного предприятия. Установлено, что модальное управление не имеет преимуществ по сравнению с линейным регулированием, поскольку используется для повышения устойчивости систем. Быстродействие систем менеджмента качества можно обеспечить при переводе ее в неустойчивый режим работе, однако использование этого режима не может превышать двух-трех лет.

Ключевые слова: система менеджмента качества, модальное управление, линейное регулирование, оптимизация, потенциал предприятия, сопротивление персонала

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям) , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Рост глобальной экономики и активное развитие промышленности ограничены среди прочего возможностями существующей техники. При этом потенциал улучшения функциональных характеристик классических материалов практически исчерпан, а широкое применение новых композиционных материалов и высокоэнтальпийных сплавов ограничено высокой стоимостью и сложностью технологического процесса их изготовления и обработки. Таким образом, актуален вопрос разработки технологий и оборудования для модификации поверхностного слоя и создания многокомпонентных покрытий специального назначения, в том числе нанокомпозитных. В статье приводятся результаты исследования, посвященного созданию установки для нанесения подобных покрытий методом плазменного напыления. Одним из ключевых элементов конструкции установки является вакуумная камера, корпус которой в процессе эксплуатации подвергается интенсивному термическому нагружению. Для сокращения затрат материальных и временных ресурсы на этапе проектирования и экспериментальной отработки было проведено моделирование температурного состояния корпуса камеры, за счет которого удалось исключить из рассмотрения нерелевантные варианты системы охлаждения. Результаты моделирования подтверждают работоспособность системы охлаждения корпуса вакуумной камеры в условиях эксплуатации. Определены следующие рабочие параметры системы: давление на входе составляет 0,6 МПа, расход воды – 2 л/с, а среднемассовая температура воды на выходе – около 40°C.

Ключевые слова: плазменное напыление, моделирование температурного состояния, вакуумная камера, система охлаждения

01.04.15 - Физика и технология наноструктур, атомная и молекулярная физика , 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Рассматривается имитационное моделирование защитных цепей транзисторного электронного аппарата постоянного тока. Приводятся схемы защиты. Анализируются уровни перенапряжений транзисторов. Формулируется вывод о необходимой структуре защитных цепей.

Ключевые слова: имитационное моделирование, Simulink, коммутационный аппарат, перенапряжения, транзистор, защитная цепь, варистор

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В статье приводится рассмотрение перспектив замены стабилизатора поперечной устойчивости пневмобаллоном в подвеске совместно с датчиками положения уровня кузова относительно дорожной поверхности.

Ключевые слова: общественный транспорт, автобус, рессорно – пневматическая подвеска, датчик положения уровня кузова

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Перевозка является одним из важнейших этапов в управлении доставкой цемента, на долю которой приходится 60 % от общих затрат. Таким образом, небольшое улучшение операций по сбору и обработке данных о работе автобетоносмесителей может оказать существенное влияние на общую экономию средств, затрачиваемых, на работу компаний, осуществляющих перевозку. С другой стороны, движение большегрузных транспортных средств, перевозящих цементную смесь, приводит к распространению загрязнения воздуха и повреждению дорожного покрытия в случае чрезмерной загрузки. Поэтому вопрос определения маршрута транспортного средства для достижения этой цели очень важен. В этом исследовании моделировался процесс маршрутизации автобетоносмесителей с использованием случайных задач маршрутизации и генетических алгоритмов. Результаты моделирования показали, что генетический алгоритм сходится к оптимальному ответу. С другой стороны, объем функции затрат уменьшается с 1177500 руб. до 158900 руб. за счет оптимизации упомянутой модели, а результат производительности привел к появлению кратчайшего возможного пути. С помощью алгоритма достигаются все параметры управления устойчивым развитием, включая снижение загрязнения воздуха, снижение расхода топлива и уменьшение разрушения дорожного покрытия. Наконец, благодаря интеграции программного обеспечения ГЛОНАСС/GPS выходные данные алгоритма были сопоставлены с картой.

Ключевые слова: оптимизация маршрутов, топливная экономичность, снижение выбросов, сохранение целостности дорожного покрытия, оптимизация, логистика, моделирование, специальный автомобиль, городская эксплуатация

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

В статье предлагается способ анализа и оценки качества семян пшеницы посредством классификации их изображений с использованием искусственного интеллекта, а именно сверточной нейронной сети. Предложена архитектура глубокой сверточной нейронной сети, создана база изображений для обучения и тестирования предложенной нейронной сети, обучение и тестирование нейронной сети проводилось в Tensorflow. Сделаны выводы об эффективности классификации изображений и предложены области использования предложенного способа анализа и оценки качества семян пшеницы.

Ключевые слова: сверточные нейронные сети, искусственный интеллект, классификация изображений

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Агенты транспортно-логистического рынка (ТЛР) в реализации своей деятельности реализуют решения, направленные на сохранение и развитие своего положения на рынке за счет активного взаимодействия с контрагентами (сотрудничество, диверсификация капитала и деятельности) в изменяющихся условиях внешней среды. Ограниченность объема транспортных услуг и изменение его структуры требует формализации и систематизации возможных действий агентов. В работе приводится анализ факторов влияющие на активности агентов ТЛР, их формализация и схемные решения реализации их активностей.

Ключевые слова: транспортно-логистический рынок, активность, агент рынка, устойчивость, формальная модель, индикатор эффективности, рентабельность услуг, логистическая цепь, объем транспортной работы, железнодорожный транспорт

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.22.01 - Транспортные и транспортно-технологические системы страны, ее регионов и городов, организация производства на транспорте

Дается обзор обоснования использования легких многопустотных плит перекрытия. Рассмотрены технологические и конструктивные особенности многопустотных плит перекрытия. Представлены возможности рационального использования и трудоемкости легких пустотелых плит перекрытия. На основе существующих технологий, методов расчета легких пустотелых перекрытий и действующих норм был проведен расчет монолитных перекрытий в программном комплексе Лира. Рассмотрена работа плит перекрытия с равными пролетами в двух направлениях. Было установлено, что независимо от пролета плиты перекрытия эффект уменьшения собственного веса превышает эффект уменьшения жесткости сечения. Общий прогиб от собственного веса плиты перекрытия и полезной нагрузки на нее для пустотелых плит меньше, чем для сплошных плит того же пролета. Проведенный численный эксперимент позволяет установить пределы эффективности применения облегченных многопустотных монолитных плит перекрытия, при достижении которых применение оказывается значительно выгоднее, чем применение традиционных безбалочных перекрытий.

Ключевые слова: конструктивная схема, программный комплекс, перекрытие, здание, многопустотная плита, расчет, трудоемкость, проектирование

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

В работе предлагается методика подготовки набора данных для обучения и тестирования нейронных сетей в среде MATLAB с применением пакета функций Image Processing Toolbox. Приводится пример реализации данной методики для подготовки набора данных для обучения сверточных нейронных сетей классифицировать семена пшеницы на качественные и некачественные по их изображениям. Данная методика была использована для получения набора данных, состоящих из 900 изображений, успешно использованных для обучения и тестирования сверточной нейронной сети.

Ключевые слова: набор данных, сверточные нейронные сети, искусственный интеллект, классификация изображений

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ