Научный архив: статьи

В статье проведен анализ развития моделирования в интересах военного дела в целом и материально-технического обеспечения в частности. Показана корреляция научно-технического прогресса и развития технологий математического моделирования. На основе анализа современного состояния математического моделирования и инновационных информационных технологий определены возможные перспективы развития математического моделирования процессов материально-технического обеспечения войск (сил).

В работе рассматривается математическое моделирование интенсивности солнечного излучения внутри солнечного коллектора прямого поглощения с наножидкостью в качестве теплоносителя. Цель исследования - на основе моделирования процессов внутри наножидкостного солнечного коллектора прямого поглощения выполнить расчет интенсивности солнечного излучения внутри коллектора, провести вычислительные эксперименты по установлению зависимости интенсивности солнечного излучения от материалов базовой жидкости и диспергированных в ней частиц. Для решения поставленной задачи использованы методы математического моделирования и вычислительной математики. Разработана математическая модель, основанная на уравнении ослабления светового потока в наножидкости, учитывающем рэлеевское рассеяние. В ходе работы проведены численные эксперименты, реализованные с использованием авторского программного комплекса, позволяющие исследовать зависимость интенсивности солнечного излучения от глубины коллектора, спектральных характеристик излучения и параметров наночастиц. Результаты численного моделирования показали, что материал и размер наночастиц, а также их объемная доля оказывают значительное влияние на поглощение солнечного излучения. Установлено, что применение наножидкостей с высоким коэффициентом поглощения позволяет повысить эффективность поглощения солнечной энергии и оптимизировать параметры солнечного коллектора. Данные результаты могут быть использованы при проектировании высокоэффективных солнечных энергетических систем.

В данном исследовании представлен метод экологической оценки и зонирования территорий, прилегающих к промышленным предприятиям, оказывающим антропогенное воздействие на окружающую среду. Основой предложенного подхода является анализ природно-антропогенного фона почв, а также выделение санитарнозащитных и природно-защитных зон. В качестве ключевого показателя для определения границ природно-защитных зон используется состояние почв, отражающее совокупное воздействие антропогенных факторов на окружающую среду в фиксированный период времени. Определение таких зон базируется на нелинейной модели Гендугова и Глазунова, что позволяет учитывать пространственную изменчивость воздействия. На примере Среднеуральского медеплавильного завода показано, что природнозащитная зона, рассчитанная этим методом, имеет переменные границы, удаленные на 3,6-6,7 км от источника загрязнения. Значение природно-антропогенного фона почв для данной территории (по четырем тяжелым металлам: Cu, Pb, Cd, Zn) составило 68 мг/кг, что значительно превышает естественный фон, равный 20 мг/кг. Предельно допустимая концентрация этих металлов, не оказывающая негативного влияния на растительность (оцененного по данным спутников MODIS и Landsat 8), составила 101-106 мг/кг.

Статья посвящена разработке математической модели, позволяющей получать прогнозные показатели безопасности движения при одноуровневом пересечении железнодорожных путей автомобильной дорогой для дальнейшего построения приоритетного ряда железнодорожных переездов с точки зрения потребности усовершенствования или их дополнительного оборудования.

Цель исследования - обзор современных подходов к анализу математических моделей криптографических атак на структуры информационных технологий. Обзор источников проведён с использованием баз данных научного цитирования eLIBRARY. RU, РИНЦ, Scopus. В указанных базах найдено 588 источников, в том числе 50 источников, включённых в данное исследование. Критериями включения в этот обзор были публикации, посвящённые: разработке математического моделирования криптографических угроз и атак; влиянию вредоносного программного обеспечения; моделям теории массового обслуживания, эпидемиологическим моделям, безопасности информации; публикации на английском и русском языках. Критериями исключения были: отсутствие доступа к полным текстам статьи; дублирующие исследования, репринты, исследования на иных языках, кроме заявленных (английский и русский), письма и краткие сообщения. В статье исследуются модели теории массового обслуживания, эпидемиологические модели, поведенческие модели, а также их комбинированное применение для более точного понимания криптографических угроз. Исследование сосредоточено на наиболее часто используемых моделях для исследования атак на структуры информационных технологий и моделях, применяемых для оценки распространения вредоносного программного обеспечения. Приводится пример расчёта эффективности предложенного комплексного подхода к анализу математических моделей криптографических атак на структуры информационных технологий, его преимущества и недостатки известных подходов. Только совместное использование нескольких видов моделей позволяет компенсировать недостатки, проявляющиеся при использовании каждой из однослойных моделей по отдельности. Тем самым обеспечивается наилучшее качество исследования криптографических атак, что обеспечивает более широкий охват потенциальных криптографических угроз в сравнении с известными однослойными моделями, учитывающими только одну из известных математических моделей. Проведенный обзор 50 источников, а также предложенный комплексный подход к анализу математических моделей криптографических атак на структуры информационных технологий могут позволить сформировать наилучшее качество рекомендаций по предотвращению исследуемых угроз и атак.

Целью работы является получение адекватного автоматического алгоритма контроля сварных соединений. В статье рассмотрены перспективы автоматизации контроля сварных соединений с применением метода ультразвукового контроля и алгоритмов машинного обучения. На основе математического моделирования ультразвукового сигнала, который отражает особенности сварного соединения и показывает возможные дефекты в нем, разработан алгоритм, использующий дерево решений для классификации дефектов сварных соединений. В работе показаны этапы построения модели ультразвукового сигнала, детального анализа его характеристик и последовательного применения алгоритмов машинного обучения для автоматической диагностики дефектов. Предложенный подход сочетает в себе точность методов неразрушающего контроля, удобство автоматизации процессов и эффективность современных вычислительных технологий. Особое внимание уделено выбору оптимальной архитектуры алгоритма, параметров математического моделирования и составу обучающих данных, что обеспечивает высокую надежность и дополнительный уровень контроля. Приведенные результаты демонстрируют высокую эффективность предложенного подхода в сравнении с традиционными методами контроля, что открывает широкие перспективы для его внедрения в промышленные процессы. Такие методы позволяют значительно сократить время анализа, повысить точность классификации дефектов, минимизировать вероятность ошибок и оптимизировать общую производительность систем контроля качества.

Рассматривается использование математического моделирования при формировании компетенций специалистов в военно-учебных заведениях в ходе изучения прикладных дисциплин технического направления. Приведены основные этапы решения, которые позволяют оценить сложность поставленных задач, определить математические модели, оценить правильность полученных результатов и представить окончательные выводы. На каждом этапе этой работы курсанты оперируют абстрактными описаниями реальных объектов и процессов, учатся формализовать и анализировать реальные ситуации, используя математический аппарат для расчетов, получая при этом необходимый набор знаний, умений и навыков в рамках освоения предусмотренных компетенций.

Предлагается метод аналитического расчета первичных параметров коаксиальных кабелей с учетом их частотных свойств. Приведены результаты расчетов параметров в широком диапазоне частот. Полученные аналитические соотношения можно использовать при расчет систем передачи сигналов, а также в математических моделях для анализа электромагнитных процессов пре передаче данных с использованием коаксиальных кабелей.

Создана вычислительная методика для моделирования сублимации твёрдого материала в потоке высокотемпературного газа. Проведена верификация математической модели и численного алгоритма по экспериментальным данным о сублимации уротропина при различных температурах газа на входе в реактор. Показано, что искривление фронта сублимации, с одной стороны, обусловлено наличием пограничного слоя на стенке канала, а с другой стороны, может происходить при интенсификации теплообмена за счёт уменьшения начального диаметра частиц уротропина в засыпке. Выполнены параметрические расчёты динамики течения в пористой среде при сублимации полиметилметакрилата и уротропина. Показано, что разные типы граничных условий приводят к различной динамике поведения температуры на выходе из канала.

Исследуются деформации стенок аорты при аневризме (расширении) и расслоении стенок. Проведены численные расчёты нагрузки на стенки аорты при таких деформациях. Показано, что разрыв внутреннего слоя сосуда приводит к увеличению напряжения на внешней стенке сосуда. Увеличение толщины и длины разрыва увеличивает напряжения на внешней стенке сосуда. Наличие аневризмы сосуда увеличивает напряжения по сравнению с сосудом без аневризмы. Расслоение внутренней стенки сосуда приводит к увеличению напряжения на стенке напряжения падают с ростом ширины разрыва для прямого сосуда и растут для сосуда с аневризмой.

В статье обсуждается проблема пропедевтической подготовки школьников к знакомству с экономической теорией. Эта подготовка базируется на основе экспериментирования, функциональной математической грамотности, математического моделирования и алгоритмизации простейших экономических явлений. Актуальность такого рода работы обусловлена быстрыми темпами развития и/или роста инфраструктуры, цифровизации, экономики и экономической безопасности. Формирование компетенций экономического содержания, безусловно, надо начинать уже в основной школе. Как только появляется знакомство с алгеброй, можно и даже нужно начинать знакомить ученика с основами математического моделирования экономики. В этом мы видим решение проблем, поставленных государством, по формированию в новом поколении основ критического мышления, глобальных компетенций и креативности.

В данной работе рассмотрено совместное воздействие неустойчивости Кельвина-Гельмгольца и магнитно-гидродинамической неустойчивости на цилиндрический столб расплавленного металла, а также формирование и отрыв жидкой капли от него в зависимости от времени. Метод определения неустойчивости поверхности цилиндрического столба жидкости с плотностью и динамической вязкостью окруженного газовой средой. Целью настоящей работы является определение входных параметров, при которых реализуется микрометровый диапазон длин волн возмущений. Определены условия возникновение и развитие на поверхности жидкого металла тонких жидких прослоек с поверхностно-периодическим рельефом (микроволны) микро- и нанометрового диапазона, возникающего при подаче металлических проволок в зону гетерогенной плазмы электрической дуги в условиях действия неустойчивостей Кельвина-Гельмгольца. Установлено, что для силы тока 100 А и для 300 А сила Лоренца не оказывает никакого влияния на гидродинамику неустойчивости. При скоростях  6 м/с поверхность устойчива и тока 300 А недостаточно для формирования неустойчивости. Для развития МГД неустойчивости необходимы силы тока порядка 1000 А. Определено, что основную роль в разрушении струи на капли играет – возмущение коэффициента поверхностного натяжения, т. е. термокапиллярный эффект.