Аннотация Введение. Оптимальное проектирование строительных конструкций невозможно без их расчета. Грамотный расчет возможен только при понимании и глубоких знаниях теоретических основ. Теория расчета связана с математикой, физикой и механикой. Методы расчета, которыми пользовались инженеры в СССР требовали больших математических знаний, теперь математика расчета, его основа, практически выведена за пределы. Практика проектирования говорит об обратном, о необходимости владения математической основой расчета. Современный специалист, выполняющий расчет строительных конструкций, должен обладать не только навыками программирования, инженерными знаниями, но и понимать, что стоит за расчетом строительных конструкций. Только знание базы расчета позволит инженеру контролировать весь процесс расчета и повернуть его в нужном направлении на оптимизацию конструкции и увеличение ее срока службы. Цель работы состоит в сравнительном анализе расчета конструкции моста аналитическим и численными методами, при обосновании их взаимозаменяемости. В данном случае в работе представлены только методики выполненных расчетов, обоснованная их база и результаты анализа с заключительными выводами. Материалы и методы. В качестве методов исследования в работе использованы, прежде всего: анализ архивных данных, проектной документации, книг и иных нормативных и технических источников, справочников, а также численных и математических моделей и связанных с ними документов. К методам исследования, использованным в данной статье также, можно отнести теоретические методы как: моделирование, анализ, синтез, индукция, дедукция, сопоставительный анализ и контент-анализ; аналитические методы: создание прототипов и формирование гипотезы; научные методы: численный эксперимент и анализ его результатов. Результаты исследования. Дана математическая формулировка и обоснование теоретической базы для расчета строительных конструкций любой формы при любых типах нагружения в произвольной постановке задачи, которая в последствии может быть использована для программирования сложных расчетов и работы строительных конструкций в реальном времени, а также для проведения численных экспериментов с помощью программирования. Выполнен анализ различных методов и методик с заключительными выводами об их комплементарности. Обсуждения и заключение. Проведенное исследование позволило оценить различные методы и методики расчёта строительных конструкций, разобраться в том, что все они имеют свои ограничения, плюсы и минусы и прийти к заключению о том, что накопленная теоретическая база, результаты экспериментов и, в том числе, исследование, проделанное в этой работе, позволяют внедрять и использовать новую методику, основанную на программировании с применением математической теории. Подобная практика позволит повысить точность расчета, спрогнозировать поведение конструкций, а также сэкономить на испытаниях и выявить уязвимые зоны [35, 36, 37, 38, 39, 40]. Ключевые слова: математика проектирования, строительная математика, математический расчет строительных конструкций.
Исследование различных процессов приводит к необходимости уточнения (расширения) границ применимости вычислительных конструкций и инструментов моделирования. Целью данной статьи является развитие разложения Тейлора для функций нескольких переменных на основе понятия -дифференцируемости. Функцию из, где — -мерный куб, назовём -дифференцируемой во внутренней точке этого куба, если существует алгебраический многочлен степени не выше первой, для которого равномерно по всем векторам единичной сферы интеграл по с пределами и от выражения есть при. Показано, что при таком определении справедливо дифференцирование сложной функции с линейной внутренней компонентой, имеет место принцип вектора-градиента. Доказан следующий результат. Пусть функция имеет в некоторой окрестности внутренней точки непрерывные частные производные до порядка включительно, которые -дифференцируемы в точке, тогда в этой окрестности справедливо разложение Тейлора функции с точностью.
Рассматривается оператор Лапласа с двумя разбегающимися возмущениями на плоскости. Возмущениями являются вещественные финитные непрерывные потенциалы. Исследуется поведение собственных значений возмущённого оператора, когда расстояние между потенциалами стремится к бесконечности. Изучается вопрос существования возмущённых собственных значений в случае двукратного предельного собственного значения (двукратное собственное значение оператора Лапласа с первым финитным потенциалом). Целью работы является построение первых членов асимптотических разложений возмущённых собственных значений и соответствующих им собственных функций в случае двукратного предельного собственного значения. Методика, с помощью которой были получены результаты, применима и для построения полных асимптотических разложений возмущённых собственных значений и соответствующих им собственных функций. Финитность разбегающихся потенциалов, позволила выявить сложную экспоненциально-степенную структуру полученных асимптотик. К основным результатам работы относятся: первые члены асимптотических разложений возмущённых собственных значений и соответствующих им собственных функций; равенство нулю первых поправок асимптотик возмущённых собственных значений. экспоненциально-степенная структура асимптотик возмущённых собственных значений и соответствующих им собственных функций.
Данная работа посвящена изучению особого, в классическом смысле, случая и выводу необходимых условий оптимальности второго порядка в терминах второй вариации минимизируемого функционала в стохастической задаче управления, описываемой системой стохастических нелинейных гиперболических уравнений первого порядка, записанной в канонической форме.
Результаты. Для одной стохастической задачи оптимального управления, описываемой стохастической системой нелинейных гиперболических уравнений первого порядка, получены необходимые условия оптимальности первого и второго порядков, которые представляют собой соответственно стохастические аналоги уравнения Эйлера и условия оптимальности классической экстремали.
Методы. При получении результатов использовались теории оптимального управления и вариационного исчисления с учетом стохастических свойств рассматриваемой задачи. Подобные задачи управления возникают при оптимизации ряда химико-технологических процессов под влиянием случайных воздействий.
Рассмотрены бюджетные кластерные структуры макроэкономических систем. Целью работы является их адекватное математическое описание. Математическое описание известных ранее nи m -кластеров обладало рядом недостатков: возникала необходимость введения дополнительного параметра n иерархического параметра, вид зависимости макроэкономических величин от которого определял тип кластера, при этом использовался достаточно громоздкий математический аппарат; несмотря на то, что кластеры соответствовали достаточно большому временному промежутку (несколько лет), в течение этого времени число производственных единиц макроэкономической системы предполагалось неизменным, что ограничивало возможности применения математического описания. С целью преодоления указанных недостатков, а также для создания математического описания еще одного вида кластеров, ранее не рассматривавшихся, в работе предлагается новое математическое описание всех видов бюджетных кластерных структур. Такие структуры названы n -кластерами. В качестве математического инструмента, так же как и раньше, используется термодинамический подход к макроэкономике, подчиняющийся статистике Бозе Эйнштейна. Построено уравнение состояния макроэкономической системы. Для значения иерархического параметра выбирается его предельное значение n = 1. Всем типам кластеров, включая nи m -кластеры, дается единое описание. Имеет место чередование n -кластеров, соответствующих падению рентабельности и ее росту, что может рассматриваться как «дыхание» макроэкономики. Каждый кластер характеризуется определенной динамикой основных макроэкономических параметров. Для ведущих экономик мира (США, Китая, Германии, Японии) дается описание таких кластерных структур. Единое описание всех видов кластеров создает новые возможности прогноза динамики основных макроэкономических параметров, а также эффективный механизм управления экономическими процессами.
Частная производная
Исследуется эволюция (развёртывание) ряда характеристик в абстрактной системе отношений в зависимости от изменения её максимального масштабного коэффициента, что позволяет в приложении представить зависимость эксцентриситета орбиты Земли от выгорания Солнца. Используется структурный подход, который в основе исключает специфику конкретных систем. Инструментом анализа является протоструктура, при этом структура понимается как совокупность отношений, а протоструктура выступает, как её предполагаемая первооснова. Она состоит из двух компонент, наделённых циклической природой, и задаёт спектр позиций параметра порядка nk, где k – порядковый номер узла - разрешенного состояния в выделенном цикле k=1 – 10. Все нормировки выполнены на k=3, что удобно для приложения. Ранее для узла k=3 получены модельные позиции Δ3 на разных этапах эволюции, где Δ3 - расщепление позиции n3 в результате её взаимодействия с другими n-позициями в системе узлов k=1-10. Для сравнения
узлов в названной системе предложены масштабные коэффициенты, из которых выделен
наибольший. Показано также, что в результате взаимодействия компонент протоструктуры
формируется граница системы nmin, от которой зависит, с одной стороны, предельная скорость υmax/υ3, а с другой, Δ3 - расщепление позиции n3. Указанная скорость понимается как инвариант и соответствует скорости света в пределах δ=1*10-5%. В настоящей работе анализируется M/m3 - наибольший масштабный коэффициент системы, который именуется ведущим, уменьшается в процессе эволюции и играет роль управляющего параметра, от которого зависят все остальные характеристики за исключением инварианта υmax/υ3. Для M/m3 предложены: a) исходное значение; b) значение, при котором появляется расщепление Δ3, а также c) связи названных выше характеристик. На указанной основе с учётом предыстории построен дискретный сценарий развёртывания системы от исходного значения M/m3 до выбранного конечного.
Исследуется один из аспектов эволюции (развёртывания) абстрактной системы отношений, что позволяет выявить характерную для неё предельную относительную скорость и показать, что в приложении она мало отличается от скорости света. Используется структурный подход, который в основе исключает специфику конкретных систем. Инструментами анализа являются предложенные ранее протоструктура и параметр порядка n на её основе. Структура трактуется как сеть, состоящая из узлов – разрешенных состояний и их связей – правил, ответственных за устойчивость. Структура понимается как совокупность отношений, а протоструктура выступает как её предполагаемая первооснова, наделённая циклической природой и задающая спектр позиций параметра порядка nk, где k=1 ,2, 3…10 – порядковый номер узла в цикле 1:10. Названный цикл содержит, в частности, узлы n2 и n3, при этом большая часть нормировок выполнена при использовании k=3, что удобно для приложения. Рассматриваются связи между ранее выявленной исходной границей системы отношений nmin и расщеплением Δ3 для узла n3, которое также установлено на основе модельных соображений и соответствует наблюдениям. Исходно узел n2 жестко связан с границей nmin. В настоящей работе анализируется появление и эволюция связи границы nmin с узлом n3 и уход на второй план исходной связи с n2. Рассматривается процедура поиска nmin , зависящая от выбора Δ3. Позиции nmin и n3 различаются примерно на 4 порядка и трактуются как единая система. Основой анализа являются сдвиги узлов относительно исходного положения, что позволяет игнорировать различие в порядках. Процесс эволюции развёрнут как сценарий - набор следующих друг за другом шагов – структурных событий, в результате чего реализуется высокая степень совместимости узлов системы.
В приложении исследуемая система трактуется как пара Солнце (nmin) – Земля (Δ3) в плоскости эклиптики Солнечной системы. Роль nk играет относительный момент количества движения, позиция nmin задаёт границу внутреннего Солнца, позиции n2 и n3 трактуются как характеристики Венеры и Земли
Рассматривается процесс приближения самоорганизующейся системы к
эволюционной зрелости, что позволяет в приложении объяснить для четырёх планет Солнечной
системы характеристики их орбит. Система не наделена спецификой природных объектов и
трактуется как часть структуры, которая имеет границы. Структура, в свою очередь,
представляется как совокупность отношений на числовой оси и понимается как сеть, состоящая из
узлов – разрешенных состояний и связей между ними. Система формируется на основе
развёртывания протоструктуры – двухкомпонентной и циклически организованной системы
отношений, которая трактуется, как первичная и предназначена для поэтапного исследования
эволюции природных систем. Эволюция понимается как развёртывание от этапа к этапу при учёте
предыстории. Протоструктура задаёт спектр разрешенных состояний для n - параметра порядка
системы, который подчиняет себе две относительные характеристики. В результате
взаимодействия элементы указанного спектра расщепляются на компоненты и специализируются.
В настоящей работе исходными данными служат результаты анализа предшествующего этапа
эволюции, где рассмотрено расщепление десяти n-узлов в пределах одного изолированного цикла
протоструктуры. Исследуются четыре n-узла, которые в результате детализации представляются с
помощью приблизительно пятидесяти взаимодействующих на числовой оси позиций. Эти позиции
размещаются на трёх уровнях иерархии: уровень позиций n, а также их расщеплений – уровень
сдвигов n относительно исходных позиций – уровень малых изменений. Подробно
рассматриваются межуровневые связи и уровень сдвигов, основой которого являются инварианты,
сформированные на предыдущем этапе эволюции. Анализ структурных сценариев указывает на
ключевую роль сдвигов на последнем этапе эволюции. Рассматривается критерий устойчивости
конечных позиций n.