2017 год, №4

Содержание выпуска
Резонансы Шумана и их потенциальное применение: обзорная статья
Альраис Альраис Амаль, Альфадель Альфадель Эман А., Хамуда Хамуда Самир
Стр. 476 — 489
Введение. Резонанс Шумана является важной темой, вызывающей большой интерес в исследовательских областях. Эффект резонанса Шумана используется в различных сферах, например, биологических эволюционных процессах, оптимальном функционировании мозговых волн человека и исследовании молний. Материалы и методы. Авторы статьи делают акцент на экономическое, экологическое и инженерное использование резонанса Шумана, в том числе при оценке возможных опасностей в виде предсказания землетрясений и мониторинга состояний вулканов. Результаты исследования. Данный обзор предназначен для читателей, не знакомых с резонансом Шумана. Авторы выражают надежду, что эта статья повысит интерес к резонансу Шумана среди исследователей, ранее не знакомых с этим явлением. Обсуждение и заключения. В данной обзорной статье представлено краткое описание резонансов Шумана; дано общее описание ионосферы Земли; описывается спектр электромагнитных волн, идущих от молнии; кратко представлена история резонанса Шумана; обрисована связь человека с природой посредством резонанса Шумана; кратко изложено современное состояние исследования данной проблемы. Глобальные электромагнитные резонансы Шумана в ионосфере играют критическую роль во всех биологических эволюционных процессах. Тем не менее, существует большая потребность в независимом исследовании биосовместимости естественных и искусственных сигналов. Необходимо обратить серьезное внимание на возможную биологическую роль стоячих волн в атмосфере. Будучи глобальным явлением, резонансы Шумана имеют множество применений в исследованиях молний.
Априорные оценки решения однородной краевой задачи для уравнений параболического типа методом Галеркина с разрывными базисными функциями на разнесенных сетках
Жалнин Руслан Викторович, Масягин Виктор Федорович, Пескова Елизавета Евгеньевна
Стр. 490 — 503
Введение. В работе представлены априорные оценки точности решения однородной краевой задачи для параболического уравнения методом Галеркина с разрывными базисными функциями на разнесенных сетках. Материалы и методы. Для решения поставленной задачи применяется унифицированный подход по исследованию ошибок аппроксимации уравнений диффузионного типа с помощью метода Галеркина с разрывными базисными функциями, предложенный в 2002 г. P. Castillo, B. Cockburn и др. Результаты исследования. В статье приводятся ошибки аппроксимации, зависящие от характеристического размера ячеек и степени используемых в базисных функциях полиномов; формулируются необходимые для решения задачи леммы; проводится полное доказательство сформулированных лемм. В результате исследования была сформулирована и доказана теорема, в которой приводятся априорные оценки для решения параболических уравнений с помощью метода Галеркина на разнесенных сетках. Обсуждение и заключения. Полученные результаты согласуются с аналогичными исследованиями других авторов и дополняют их. Дальнейшая работа по данной тематике предполагает исследование уравнений диффузионного типа порядка выше единицы и получение апостериорных оценок погрешности.
Обратные задачи оптимальной стабилизации со скалярным управлением
Афонин Виктор Васильевич, Мурюмин Сергей Михайлович
Стр. 504 — 517
Введение. В работе рассматриваются обратные задачи оптимальной стабилизации при полном измерении вектора состояния объектов управления. Используя так называемые соотношения оптимальности, авторы предлагают алгоритм численного определения весовых матриц квадратичного функционала качества. Материалы и методы. В качестве исходных данных используются математические модели линейных стационарных полностью управляемых объектов. Начальный этап решения связан c задачей модального управления с целью получения пропорционального регулятора (модального регулятора) для стабилизации объекта управления по расположению полюсов замкнутой системы. На следующем этапе исследования применялся метод оптимальной стабилизации по среднеквадратичному критерию. Основной процесс определения весовых матриц квадратичного функционала осуществлялся с помощью численных методов решения алгебраических уравнений и соотношений оптимальности. Результаты исследования. На основе предложенного алгоритма определения весовых матриц квадратичного функционала были разработаны программы для исследования результатов стабилизации объектов управления со скалярным управлением до 20-го порядка. В частном случае рассматривалась задача с параметром весового коэффициента квадратичного функционала, позволяющим проектировщику систем управления принимать решение о целесообразности процесса стабилизации по вторичным показателям качества переходного процесса по выходу оптимальной системы. Обсуждение и заключения. Результаты численного эксперимента показали, что предлагаемый метод стабилизации (на основе решения обратной задачи оптимальной стабилизации) позволяет избежать ограничений модального управления. Кроме того, для проектирования систем стабилизации предлагается использовать итерационный алгоритм с целью оценки качества переходных процессов в замкнутой системе управления.
Нейросетевая молекула: решение обратной задачи биометрии через программную поддержку квантовой суперпозиции на выходах сети искусственных нейронов
Волчихин Владимир Иванович, Иванов Александр Иванович
Стр. 518 — 529
Введение. Целью работы является многократное ускорение решения обратной задачи нейросетевой биометрии на обычном настольном компьютере. Материалы и методы. Для ускорения вычислений искусственная нейронная сеть вводится в динамический режим «дрожания» состояний всех ее 256 выходных разрядов. При этом слишком большое число выходных состояний нейронной сети логарифмически свертывается путем перехода в пространство расстояний Хэмминга между кодом образа «Свой» и кодами образов «Чужой». Из базы образов «Чужой» выбирается 2,5 % наиболее похожих образов. В следующем поколении осуществляют восстановление 97,5 % отброшенных образов процедурами ГОСТ Р 52633.22010 путем скрещивания образов-родителей и получения от них образов-потомков. Результаты исследования. За время порядка 10 мин удается осуществить 60 поколений направленого поиска решения обратной задачи, что дает возможность обращения матриц нейросетевых функционалов размерности 416 входов на 256 выходов с восстановлением до 97 % информации о неизвестных биометрических параметрах образа «Свой». Обсуждение и заключения. Поддержка в течение 10 мин машинного времени 256-ку-битной квантовой суперпозиции позволяет на обычном компьютере обойти актуальную бесконечность анализируемых состояний в 50 (50 в степени 50) раз больше, чем мог бы сделать этот же компьютер, реализуя обычные вычисления. Увеличение длины поддерживаемой квантовой суперпозиции на 40 кубит эквивалентно увеличению тактовой частоты процессора приблизительно в 1 млрд раз. Именно по этой причине увеличение количества поддерживаемых кубит программным эмулятором квантовой суперпозиции более выгодно, чем создание более мощного процессора.
Математическая модель нестационарного процесса компрессионного формования пластин из гранулята термопластичных композитов
Водяков Владимир Николаевич, Кузьмин Антон Михайлович, Кузнецов Вячеслав Викторович
Стр. 530 — 545
Введение. Математическое моделирование позволяет, минуя дорогостоящие и длительные эксперименты, назначить оптимальные параметры процесса компрессионного формования пластин и рассчитать размеры пресс-формы, обеспечивающие требуемую точность отпресcовки. Недостатками известных моделей являются допущения об изотермичности процесса, независимости теплофизических коэффициентов от температуры. В моделях не учтена зависимость давления в полости пресс-формы от истечения избытка расплава, не поставлена задача расчета размеров формующей полости при заданных размерах пластины. Известные модели не дают полного описания всех стадий процесса. Целью настоящего исследования является разработка математической модели компрессионного формования пластин из гранулята высоко-наполненных термопластичных композитов, не содержащей указанных недостатков. Материалы и методы. В статье на основе анализа особенностей процесса компрессионного формования пластин из гранулята термопластичных полимерных композитов предлагается нестационарная математическая модель, учитывающая изменение физических состояний и зависимость теплофизических характеристик композитов от температуры. Данная модель базируется на известных уравнениях теплофизики и механики сплошной среды. Результаты исследования. Для трех стадий процесса определены начальные и граничные условия, реологические уравнения, системы уравнений материального, теплового и силового баланса, определены задачи расчета. В связи с тем, что полученная система уравнений не имеет аналитического решения, была разработана программа итерационного численного расчета. Сходимость с коэффициентом корреляции 0,976 экспериментальных и теоретических результатов подтверждает адекватность разработанной математической модели и программы расчета. Обсуждение и заключения. Разработанная математическая модель и программа расчета позволяют исходя из конструкции пресс-формы, требуемых геометрических размеров пластины, температурных функций реологических и теплофизических характеристик композиции рассчитать размеры формующей полости, массу исходного гранулята, технологические потери, а также временные функции давления и температуры, усилие прессования и длительность процесса по стадиям. Это позволяет снизить финансовые и временные затраты при производстве новых изделий и при анализе причин брака на существующем производстве.
Асимптотическая устойчивость однородных сингулярных систем
Козлов Михаил Владимирович, Щенников Владимир Николаевич
Стр. 546 — 554
Введение. В статье исследуются сингулярно возмущенные системы обыкновенных дифференциальных уравнений с однородной правой частью рациональной степени. Предметом исследования является асимптотическая устойчивость нулевого решения указанных систем при достаточно малых значениях параметра. Материалы и методы. В качестве основного приема исследования применяется декомпозиция возмущенной системы на редуцированную и пограничную системы меньшей размерности. Для анализа устойчивости используются теоремы В. И. Зубова об устойчивости однородных систем, относящиеся ко второму методу Ляпунова. Результаты исследования. В ходе работы получены условия, при выполнении которых асимптотическая устойчивость нулевого решения сингулярно возмущенной системы является следствием аналогичного свойства редуцированной и пограничной систем. Данный вывод справедлив при достаточно малых значениях возмущающего параметра. Для проверки условия теоремы требуется построение однородных функций Ляпунова. Обсуждение и заключения. В статье приведен числовой пример, показьшающий, что класс систем, удовлетворяющих полученной теореме, не является пустым. Получена оценка верхней границы изменения малого параметра, в рамках которой нулевое решение будет гарантированно асимптотически устойчиво.
Динамика целевых индикаторов результативности научной деятельности членов диссертационных советов
Пахомов Сергей Иванович, Кулямин Олег Васильевич, Гуртов Валерий Алексеевич, Пенние Илья Васильевич
Стр. 555 — 576
Введение. Сеть диссертационных советов, представляя собой социальную систему в сфере развития науки и образования, требует разработки и совершенствования методов получения, обработки и анализа информации. В статье представлен анализ поэтапного достижении целевых индикаторов результативности научной деятельности членов диссертационных советов и организаций, на базе которых действуют диссертационные советы. Материалы и методы. Повышение качества работы системы государственной аттестации потребовало привлечения математического аппарата и программных средств для автоматизации обработки данных и формирования управленческих решений по оптимизации сети диссертационных советов. Показатели для анализа результативности были получены в ходе мониторинга деятельности сети диссертационных советов в 2015-2016 гг. Целевые индикаторы результативности государственной системы научной аттестации были определены на основании решения Высшей аттестационной комиссии при Минобрнауки России от 03.06.2015 г. Результаты исследования. Для выработки управленческих решений по оптимизации сети диссертационных советов было проведено сравнение фактически достигнутых результатов и плановых целевых индикаторов. При этом массив обрабатываемых данных составил > 60 тыс. членов диссертационных советов, а число показателей для каждого из них, включая перечень публикаций за 5 лет, достигло 100 единиц. Анализ показал рост степени соответствия результативности научной деятельности критериальным значениям: данный показатель возрос в 2016 г. по сравнению с 2015 г. для организаций с 86,7 % до 88,3 %, а для членов диссертационных советов - с 66,2 % до 77,1 % соответственно. Проведенные мониторинги оценки качества деятельности сети диссертационных советов в 20152016 гг. позволили сформировать рейтинги диссертационных советов по 52 группам научных специальностей, где в качестве критерия выступала степень соответствия диссертационного совета в целом критериальным требованиям, предъявляемым ВАК к индикаторам результативности научной деятельности организаций, на базе которых действуют диссертационные советы, и членов диссертационных советов. Обсуждение и заключения. Анализ результативности деятельности диссертационных советов показал положительную динамику в движении данного показателя к значениям целевых индикаторов, представленных в Дорожной карте. Полученная информация послужит научной основой для выработки управленческих решений по оптимизации сети диссертационных советов.
Оценка влияния порядка работы котлоагрегатов на их групповой удельный расход топлива
Левцев Алексей Павлович, Кручинкина Ольга Алексеевна, Юаньюань Ши
Стр. 577 — 591
Введение. Удельный расход топлива (УРТ) для котельной относится к важнейшим показателям эффективности ее работы как в текущем, так и прогнозируемом периодах. С переходом к долгосрочным тарифам значимость данного показателя возрастает. Установка технических узлов учета тепловой энергии от котельных позволила оценивать фактический УРТ за интересующий период с достаточной точностью. Однако задача управления режимами работы котлоагрегатов, позволяющая получить минимальный УРТ, осталась нерешенной. В данной работе предложен алгоритм нахождения оптимального группового УРТ на отпуск тепловой энергии от котельной в зависимости от температуры наружного воздуха, основанный на использовании метода линейного программирования. Составлены режимные карты на примере двух котельных («Центральная» и «Химмаш» АО «МЭК» г. Рузаевка) по режимным картам и по прямым балансам для отдельных котлоагрегатов, позволяющие управлять режимами работы котлоагрегатов с минимальным, средним и максимальным групповым УРТ. Внедрение режимных карт на указанных котельных позволило снизить групповой УРТ до 10 %. Материалы и методы. Исследование групповых УРТ проводилось с использованием результатов технологического аудита АО «МЭК» (г. Рузаевка, отопительный период 2016-2017 гг.). Для анализа были выбраны две квартальных котельных с нагрузками более 10 Гкал/час. Котельная «Центральная» включает 4 котла, котельная «Химмаш» -3 котла. В процессе работы использовались общенаучные методы, а также методы линейного программирования. Результаты исследования. Чтобы выявить зависимость влияния порядка работы котлоагрегатов на их групповой УРТ, были составлены алгоритм и программа. Данная задача решается методом линейного программирования. Алгоритм нахождения оптимального группового УРТ представляет последовательность шагов. Во-первых, составляется комбинация г'-х котлоагрегатов в j-х режимах их нагрузки для обеспечения нагрузки котельной, соответствующей k-й температуре наружного воздуха. Во-вторых, записывается целевая функция и проверяется на экстремум (минимум, максимум, среднее значение), из которой вычисляются комбинации -х котлоагрегатов в j-х режимах их нагрузки для обеспечения нагрузки котельной (при k-й температуре наружного воздуха), соответствующие минимальному потреблению топлива. Для найденных комбинаций находится групповой УРТ. Алгоритм реализован в табличном редакторе на примере двух котельных г. Рузаевка («Центральная» и «Химмаш»). Рассчитаны минимальный, максимальный и средний УРТ на выработку тепловой энергии от каждой из котельных в зависимости от температуры наружного воздуха. Обсуждение и заключения. Практика энергетических обследований теплосетевых компаний в системах коммунального теплоснабжения показала, что более половины котлоагрегатов работает в ручном режиме. Групповой фактический УРТ на выработку (отпуск) тепловой энергии в котельной отличается от расчетного, утвержденного в тарифе, на 20 % и более. Одним из эффективных и малозатратных мероприятий по снижению УРТ на отпуск тепловой энергии от котельной является повышение точности соблюдения режимов горения и строгого выполнения порядка работы котлоагрегатов. Последнее достигается за счет разработки режимных карт для котельных, которые составляются по результатам технологического аудита. Задача определения оптимального порядка работы котлоагрегатов с различными индивидуальными УРТ на выработку тепловой энергии от котельных решается методом линейного програмирования. В статье предложен алгоритм нахождения оптимального группового УРТ на выработку тепловой энергии от котельной в зависимости от температуры наружного воздуха. Для котельной «Центральная» разница между минимальным и максимальным УРТ составляет 6,8 % по режимным картам и 17,74 % - фактически. Для котельной «Химмаш» разница между минимальным и максимальным УРТ составляет 2,29 % и 13,8 % соответственно. Режимные карты для котельных «Центральная» и «Химмаш» были внедрены на предприятии АО «МЭК», что позволило в режимах малых и средних нагрузок (температура наружного воздуха до -10 °С) снизить потребление газа до 10 %.
Прочностной расчет вала насоса с изношенным рабочим колесом
Овчинников Николай Петрович
Стр. 592 — 606
Введение. В настоящее время центробежные насосы используются практически во всех отраслях народного хозяйства. В агропромышленной отрасли они применяются главным образом для полива различных сельскохозяйственных культур, обеспечения сельского населения питьевой водой и различных нужд животноводческих ферм. Вследствие важности роли водоснабжения в сельском хозяйстве повышение эффективности функционирования насосного оборудования является важной научно-практической задачей. Практика показывает, что рабочее колесо центробежного насоса в процессе откачки воды подвержено различным необратимым физико-механическим и физико-химическим процессам, что впоследствии может привести к определенному снижению его массы. Данная статья посвящена исследованию влияния износа рабочего колеса на напряженно-деформированное состояние вала центробежного насоса. Материалы и методы. Для достижения поставленной цели использовался комплексный подход, включающий анализ достаточного количества отечественных и зарубежных публикаций по тематике исследования; параметрические исследования, проводимые на лабораторной насосной установке с использованием современного вибродиагностического оборудования; известные математические модели нагружения вала центробежного насоса и конечно-элементное моделирование в программной среде «APM Win Machines, модуль «APM Beam». Результаты исследования. В результате сравнения максимальных эквивалентных динамических напряжений, полученных по предлагаемой и существующей методике проведения проверочного прочностного расчета вала центробежного насоса, было установлено, что учет изношенности рабочего колеса достаточно сильно меняет картину его напряженно-деформированного состояния. Обсуждение и заключения. Предложенные поправки в проверочный прочностной расчет вала центробежного насоса позволят производить более достоверную оценку его напряженно-деформированного состояния в определенных производственных ситуациях.
Работоспособность конструкции установки для финишной обработки незакрепленным абразивом среднегабаритных деталей сложного профиля
Скрябин Владимир Александрович, Крамченинов Илья Константинович
Стр. 607 — 619
Введение. В статье приводятся решения проблемных вопросов обработки среднегаба-ритных деталей со сложными рабочими поверхностями второго порядка, в частности колеса турбины турбокомпрессора дизеля. Получение качественных характеристик поверхностного слоя и обепечение заданной производительности обработки достаточно просто осуществить путем полирования вышеуказанных поверхностей в среде незакрепленных абразивных зерен, уплотненных сжатым воздухом через специальную гибкую оболочку на специальных устройствах для полирования. Обработка этих поверхностей на шлифовальной машинке жестким шлифовальным кругом занимает много времени и не может полностью обеспечить контакт со всеми лопатками колеса вследствие их взаимного близкого расположения, малого углового шага и труднодо-ступности. Материалы и методы. Основными режимными параметрами процесса обработки вышеуказанных деталей являются давление незакрепленного абразива на рабочие поверхности лопаток и скорость вращения детали на оправке установки (скорость резания). Поскольку колесо турбины достаточно габаритное по размерным характеристикам, а его масса достигает 6 кг, оно должно быть прочно закреплено на специальной оправке с целью минимизации вибраций детали в процессе обработки, уменьшения жесткости шпинделя и обеспечения заданных значений производительности и качественных характеристик обрабатываемых поверхностей лопаток. Кроме того, ввиду действия на рабочую поверхность режимных параметров деталь испытывает значительные статические и динамические нагрузки, действие которых может привести к недопустимому прогибу оправки для закрепления детали, неравномерности обработки ее сложных поверхностей и недостижению заданных параметров качества поверхностного слоя. Результаты исследования. При проектировании установки оправка, на которую крепится деталь, и конструкция детали в плане определения действующих нагрузок и прогибов рассчитывались с помощью программного продукта SolidWorks 2016 с целью сравнения вышеуказанных параметров с допустимыми значениями, а также для калькуляции исключений потери жесткости шпиндельного узла установки. Обсуждение и заключения. Выполненные расчеты показали, что при полировании поверхностей деталей сложного профиля нагрузки и прогибы на деталь и оправку находятся в пределах допустимых значений, что обепечивает стабильную качественную и производительную обработку сложных поверхностей.
Отзыв из печати статьи Новиковой И. В. Реклама как средство повышения мотивации к изучению французского языка // Вестник Мордовского университета. 2008. № 3. С. 198-200
Стр. 620 — 620
Статья, опубликованная в научном журнале «Вестник Мордовского университета» (2008. № 3. С. 198-200) под названием «Реклама как средство повышения мотивации к изучению французского языка», автором которой является Новикова Инна Валерьевна (inessa28@rambler.ru), отзывается из печати редактором с согласия издателя. Отзыв публикации (ретракция) обусловлен наличием дословного плагиата из опубликованной в 2004 г. статьи «Реклама как средство повышения мотивации к изучению французского языка» Жарковой Татьяны Ивановны, доцента Финансового университета при Правительстве Российской Федерации (г. Челябинск).
Отзыв из печати статьи Петухова А. В. Развитие взаимоотношений центра и субъектов федерации в процессе модернизации российской государственности // Вестник Мордовского университета. 2010. № 3. С. 122-130
Стр. 620 — 620
Статья, опубликованная в научном журнале «Вестник Мордовского университета» (2010. № 3. С. 122-130) под названием «Развитие взаимоотношений центра и субъектов федерации в процессе модернизации российской государственности», автором которой является Петухов Алексей Валентинович (law@mordgpi.ru), отзывается из печати редактором с согласия издателя. Отзыв публикации (ретракция) обусловлен выявлением дублирующих публикаций: 1) «Этапы развития федеративных отношений в Российской Федерации» в журнале «Ре-гионология» (2009. № 1. С. 16-28); 2) «Эволюция российского федерализма: политико-правовой анализ» в журнале «Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Общественные науки» (2009. Т. 3. С. 3-11).