Описывается взаимодействие популяций хищников и жертв на пространственно неоднородном двумерном ареале. Модель записывается в виде системы нелинейных уравнений параболического типа для двух близкородственных популяций хищников и двух популяций жертв, конкурирующих за общий ресурс. Показано, что при определённых соотношениях между параметрами и переменной по ареалу функции ресурса, модель принадлежит к классу косимметричных динамических систем. В этом случае возникает непрерывное семейство стационарных распределений сосуществующих популяций. Вычислительный эксперимент основан на методе прямых и схеме смещённых сеток. Для аппроксимации по пространственным переменным задачи на прямоугольном ареале используется метод баланса. Представлены результаты, демонстрирующие возможности модели для описания формирования стационарных распределений популяций. Изучено формирование биологических структур при неоднородности параметров роста, проанализированы условия сосуществования близкородственных видов.

Бесплатно

Численное моделирование и экспериментальные оценки характеристик выносливости элементов конструкций

Маньшин Ю. П., Маньшина Е. Ю.

Статья научная

Введение. В алгоритме прогнозирования ресурса элементов машин взаимодействуют модели внешнего воздействия, сопротивления разрушению и развития во времени того или иного вида повреждения этих элементов. Рассматриваются прикладные вопросы сопротивления элементов машин усталостному разрушению. Выполняется адаптация научных исследований и нормативных материалов по определению характеристик выносливости к специфике конструкций и материалов строительно-дорожных машин и сельхозтехники. Цель работы - с помощью анализа существующих методов разработать рекомендации по расчетному определению параметров выносливости конструктивных элементов сельхозмашин.Материалы и методы. Исходными данными послужили научные исследования механики разрушения машиностроительных материалов и конструкций, а также стандарты по методам определения характеристик выносливости. Необходимость апробации методов определения характеристик выносливости для использования в проектах строительно-дорожных машин и сельхозтехники вытекает из специфики их конструкций, условий работы и отраслевых сортаментов материалов...

Бесплатно

Численное моделирование поведения кинематически нестабильных склонов при динамических воздействиях

Гайджуров П.П., Савельева Н.А., Труфанова Е.B.

Статья научная

Введение. Предложена концепция оценки динамических параметров системы «основание - ослабленный слой - блок» с учетом физической нелинейности материала при кинематическом способе возбуждения колебаний. В соответствии с данным подходом учет физической нелинейности материала основания и блока осуществляется с помощью модели Друкера-Прагера. Ослабленный слой моделируется 3D пружинными конечными элементами. На примере динамического расчета системы «основание - ослабленный слой - склон» осуществлена процедура верификации предлагаемой методики.Материалы и методы. Вычислительные эксперименты выполнены с помощью программного комплекса ANSYS Mechanical в сочетании с нелинейным решателем, базирующемся на процедуре Ньютона-Рафсона. Для дискретизации расчетных областей применены объемные конечные элементы SOLID45. Для моделирования смещения блока относительно неподвижного основания использованы комбинированные упруго-вязкие элементы COMBIN14.Результаты исследования. Разработана инженерная методика динамического анализа напряженно- деформированного состояния пространственной системы «основание - ослабленный слой - блок» при кинематическом способе возбуждения колебаний. На числовых примерах исследована точность и сходимость предлагаемой методики.Обсуждение и заключения. На основании выполненного математического моделирования показано, что разработанная методика позволяет оценить риски возникновения реальных оползневых процессов, обусловленных внешними нестационарными воздействиями.

Бесплатно

Численное моделирование поперечного обтекания пролетных строений балочных мостов

Гостеев Ю.А., Обуховский А.Д., Саленко С.Д.

Статья научная

Введение. Верифицирована методика численного моделирования поперечного обтекания пролетных строений мостов на основе нестационарного решения Рейнольдса для уравнений Навье — Стокса (URANS, Unsteady Reynoldsaveraged Navier — Stokes). Данный двумерный подход используется в современных методах и пакетах прикладных программ вычислительной гидроаэродинамики.Цели работы — отладка и экспериментальное обоснование указанной методики. Для реализации поставленной цели использована ранее разработанная авторами база данных по аэродинамическим характеристикам поперечных сечений пролетных строений балочных мостов типовых форм.Материалы и методы. Проведено численное моделирование поперечного обтекания мостовых строений низкотурбулентными (гладкими) и турбулентными воздушными потоками в диапазоне практически интересных углов атаки. В итоге использовалась модель турбулентности SST k − ω. Методика предварительно отработана на тестовой задаче обтекания балок прямоугольного поперечного сечения...

Бесплатно

Численное моделирование эксперимента по импульсному воздействию на пьезоэлектрический генератор стекового типа

Соловьев Аркадий Николаевич, Ле Ван Зыонг, Акопьян Владимир Акопович, Рожков Евгений Васильевич, Чебаненко Валерий Александрович

Статья научная

Описаны результаты численного моделирования натурного эксперимента низкочастотного импульсного воздействия на пьезоэлектрический генератор (ПЭГ) стекового типа для устройства накопления энергии. ПЭГ представляет собой многослойный осесимметричный пьезокерамический пакет. Разработана конечно-элементная модель устройства в ANSYS и проанализирована аналитическая упрощенная одномерная модель. Исследована зависимость выходного напряжения от величины активной нагрузки при гармоническом и нестационарном механическом воздействии на ПЭГ. Сопоставление экспериментальных результатов и численного расчета показало их хорошую сходимость, что позволяет использовать разработанные численные модели для оптимизации конструкции ПЭГ при заданных частоте внешнего воздействия и величине активного сопротивления внешней электрической цепи. Кроме того, установлено, что частотная зависимость выходного напряжения ПЭГ осевого типа имеет сложный характер, зависящий как от уровня сжимающей импульсной нагрузки и величины пьезомодуля материала чувствительного элемента ПЭГ, так и от электрического сопротивления нагрузки.

Бесплатно

Численное решение задачи теплопроводности в пористой пластине с топологией трижды периодических минимальных поверхностей

Губарева К.В., Еремин А.В.

Статья научная

Введение. Термические характеристики материалов, созданных на базе трижды периодических минимальных поверхностей (ТПМП), становятся все более важными в свете роста интереса к материалам с особыми теплофизическими свойствами и их применениям в инженерии, энергетике и других областях. Поскольку эти материалы обладают уникальными структурными и функциональными характеристиками, понимание взаимосвязи между их геометрией и теплофизическими параметрами играет ключевую роль в оптимизации их использования. Несмотря на значительное внимание, уделенное проблеме, исследование взаимосвязи между геометрией пористых структур и их термическими характеристиками остается неполным. Существующие научные работы охватывают лишь отдельные варианты, а полное понимание влияния сложной микро- и макроструктуры на теплопроводность требует дальнейшего изучения. Существующий пробел в научном знании заключается в недостаточной систематизации и обобщении существующих данных, что затрудняет разработку универсальных подходов к расчету теплопроводности в таких материалах. Целью данного исследования являлась разработка упрощенных формул для расчета показателя эффективной теплопроводности пористых структур, основанных на ТПМП-ячейках типа S, предложенных Фишером и Кохом. Авторы также ставили задачу анализа теплопроводного процесса в пластине с заданными параметрами пористости. Это позволит улучшить понимание термодинамических процессов, происходящих в таких системах.

Бесплатно

Численное решение краевых задач для уравнения Пуассона методом точечных источников поля

Князев Сергей Юрьевич, Щербакова Елена Евгеньевна, Енгибарян Алша Александрович

Статья научная

Целью работы является повышение эффективности одного из перспективных методов решения краевых задач для уравнений эллиптического типа - метода точечных источников поля. В зарубежной литературе он называется методом фундаментальных решений. В настоящее время он используется в первую очередь для решения уравнения Лапласа. Предложено несколько вариантов численного решения краевых задач для уравнения Пуассона с использованием метода точечных источников поля. Применение этого метода к решению неоднородных уравнений, таких как уравнение Пуассона, приводит в большинстве случаев к резкому возрастанию численной погрешности, что связано с ошибками при нахождении частного решения уравнения Пуассона. Правая часть уравнения Пуассона аппроксимируется двумерным тригонометрическим многочленом (при решении двумерных краевых задач), после чего становится возможным получение частного решения, необходимого для решения исходной краевой задачи методом точечных источников поля. Результаты тестирования предложенного способа численного решения краевых задач для уравнения Пуассона свидетельствуют о его эффективности, так как позволяют получать решение с относительной погрешностью 10 −6 при минимальных затратах машинного времени. Разработанная методика численного решения краевых задач для уравнения Пуассона может быть использована при моделировании физических полей в технических устройствах различного назначения.

Бесплатно

Численное решение одномерной плоской задачи Стефана

Лапина Наталья Николаевна, Пушкин Виктор Наркистович

Статья научная

Рассмотрен подход к моделированию и численному решению задачи о распространении фронта фазового превращения в мерзлых породах, который весьма актуален в связи с бурением и эксплуатацией скважин в условиях вечной мерзлоты. Приведено точное решение задачи в случае полубесконечного физического пространства. С помощью вычислительного эксперимента определена область его применения.

Бесплатно

Численный анализ динамики газового потока пиролиза пропана

И. М. Губайдуллин, Л. Ф. Нурисламова

Статья научная

Исследуется процесс пиролиза пропана в проточном реакторе в режиме подачи энергии через постоянный внешний нагрев. Для комплексного исследования процесса во всевозможных условиях и для обеспечения перехода от лабораторных установок к промышленным необходимо провести численный анализ результатов моделирования течения газа в реакторе с учётом химических процессов. В работе представлены результаты численного моделирования трехмерной динамики газового потока пиролиза пропана в реакторе в программном пакете ANSYS Fluent с использованием компактной кинетической модели.

Бесплатно

Численный анализ динамики газового потока пиролиза пропана

Губайдуллин Ирек Марсович, Нурисламова Лиана Фануровна

Статья научная

Введение. Исследуется процесс пиролиза пропана в проточном реакторе в режиме подачи энергии через постоянный внешний нагрев. Для комплексного исследования процесса во всевозможных условиях и для обеспечения перехода от лабораторных установок к промышленным необходимо провести численный анализ результатов моделирования течения газа в реакторе с учётом химических процессов. В работе представлены результаты численного моделирования трехмерной динамики газового потока пиролиза пропана в реакторе в программном пакете ANSYS Fluent с использованием компактной кинетической модели. Материалы и методы. Авторами предложена новая компактная кинетическая схема пиролиза пропана, которая была получена на основе методов локального и глобального анализа чувствительности модели. Представлена математическая модель, используемая в пакете ANSYS Fluent, которая представляет собой уравнения неразрывности, сохранения импульса, сохранения энергии, дополненные уравнениями неразрывности для каждой компоненты газа. Результаты исследования. Впервые проведено численное моделирование трехмерной динамики газового потока пиролиза пропана в реакторе в программном пакете ANSYS Fluent с использованием компактной кинетической модели. Проведены расчеты динамики газового потока пиролиза пропана в лабораторном реакторе с учетом процессов диффузии, химических реакций и их тепловых эффектов. Результаты численных расчетов и экспериментальные исследования по конверсии пропана хорошо согласуются между собой. Обсуждение и заключения. Результаты исследования и моделирования пиролиза пропана могут составить основу для описания процесса в объеме реактора под воздействием лазерного излучения.

Бесплатно

Численный анализ режимов работы газокапельного химического реактора идеального вытеснения

Притчина Валерия Валериевна, Пушкин Виктор Наркистович, Нейдорф Рудольф Анатольевич

Статья научная

Рассмотрена одномерная модель и численное решение задачи о нестационарных режимах работы адиабатического газокапельного химического реактора идеального вытеснения. Разработанный подход позволяет исследовать развитие процессов тепломассопереноса в ламинарном потоке реагирующей смеси газа с каплями углеводородного топлива и может быть полезен при решении вопросов безопасности производств, где возможно образование горючих газокапельных взвесей.

Бесплатно

Чувствительность функционала эффективности процесса биологической очистки сточных вод к параметрам модели динамики концентраций биогенов

Е. С. Жменя, Н. С. Бузало

Статья научная

Статья посвящена вопросу анализа чувствительности функционала качества воды к параметрам модели искусственной водной экосистемы биологической очистки сточных вод, сформулированной в виде начальнокраевой задачи для системы уравнений реакции конвекции-диффузии, описывающей динамику биогенов. Использование многомерных нестационарных моделей водных экосистем с подробным описанием биохимических реакций осложняется большим числом параметров, значение которых необходимо получать экспериментально. Для упрощения процесса обеспечения данных была исследована чувствительность функционала качества очистки к параметрам модели.

Бесплатно

Жменя Евгения Сергеевна, Бузало Наталья Сергеевна

Статья научная

Введение. Статья посвящена вопросу анализа чувствительности функционала качества воды к параметрам модели искусственной водной экосистемы биологической очистки сточных вод, сформулированной в виде начально-краевой задачи для системы уравнений реакции-конвекции-диффузии, описывающей динамику биогенов. Использование многомерных нестационарных моделей водных экосистем с подробным описанием биохимических реакций осложняется большим числом параметров, значение которых необходимо получать экспериментально. Для упрощения процесса обеспечения данных была исследована чувствительность функционала качества очистки к параметрам модели. Материалы и методы. В работе проведён краткий обзор существующих методов оценки, на основе методов теории малых возмущений и сопряжённых уравнений сформулирован алгоритм исследования чувствительности функционала, характеризующего качество воды, к параметрам модели водной экосистемы. Результаты исследования. Получен алгоритм исследования чувствительности функционала к параметрам модели водной экосистемы. Приведён практический пример применения рассмотренного метода для задачи оптимального управления аэротенком-вытеснителем - элементом очистного сооружения для биологической очистки сточных вод. Обсуждение и заключения. На основе проведённого анализа выявлены наиболее и наименее значимые параметры математической модели искусственной водной экосистемы аэротенка-вытеснителя, являющейся составной частью задачи оптимального управления аэрацией. Применение разработанного алгоритма оценки чувствительности возможно и для других процессов, связанных с массопереносом реагирующих веществ, таких как решение обратных источниковых задач динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере, моделирование биологических процессов в живых организмах, управление процессами массопереноса в аппаратах химических технологий и т. д.

Бесплатно

Шлифование горячего наплавленного металла мягкими и среднемягкими кругами

Бойко Николай Иванович, Фисенко Константин Сергеевич

Статья научная

Исследовано шлифование горячего наплавленного металла цилиндрических деталей мягкими и среднемягкими кругами. Представлены графики износа шлифовальных кругов в зависимости от времени работы, а также графики усилий резания при шлифовании, полученные по экспериментальным и расчетным данным. Разработаны уравнения для расчета усилий резания, возникающих в процессе взаимодействия шлифовального круга и обрабатываемой детали, в зависимости от режимов шлифования, при обработке горячего наплавленного металла цилиндрических деталей мягкими и среднемягкими кругами в момент отключения горения сварочной дуги и отвода фрезы.

Бесплатно

Эвольвентные звёздочки цепных передач с зубчатой цепью

Бережной Сергей Борисович, Война Андрей Александрович, Курапов Георгий Владимирович

Статья научная

Предложен метод изготовления эвольвентной звёздочки для зубчатой цепи стандартным режущим инструментом. Применение эвольвентных звёздочек по сравнению с прямолинейным и стандартным профилями зубьев имеет ряд преимуществ: снижение шума при эксплуатации, повышение износостойкости, долговечности и др. Приведён порядок выбора стандартного режущего инструмента (червячной фрезы) для нарезания эвольвентных звёздочек. Разработана компьютерная программа, моделирующая процесс нарезания звёздочек с различными значениями шага цепи и количеством зубьев. Данный ресурс позволяет определить модуль инструмента и проверить зубья на предмет заострения и подрезания. Особенностью нарезания звёздочек с зубьями эвольвентного профиля является применение двух коррекций (радиальной и тангенциальной). Приведён порядок их расчёта. Выполнены расчёты для цепи шага t ц = 12,7 мм. Результаты сведены в таблицу. Определён диапазон нарезания эвольвентных звёздочек стандартным режущим инструментом по значениям шага цепи t ц, модуля (m) и количеству зубьев звёздочки (z). При этом учитывалась необходимость исключить подрезание и заострение зубьев.

Бесплатно

Эволюция пластической деформации у затупленной вершины трещины в кристалле

Карпинский Дмитрий Николаевич, Санников Сергей Владимирович, Соболь Борис Владимирович

Статья научная

Выполнен расчет эволюции пластической деформации у вершины трещины в кристалле α-Fe в условиях плоской деформации (моды I и II). Получены временные распределения пластической деформации, эффективного сдвигового напряжения, коэффициента интенсивности напряжения. Проведено сравнение результатов расчетов для трещин с затупленной и острой вершинами.

Бесплатно

Эвристический алгоритм синтеза модели зависимостей между событиями

Горишний Дмитрий Владимирович

Статья научная

Рассмотрена проблема выявления зависимостей между событиями на примере сбоев устройств железнодорожной автоматики и телемеханики. Предложен эвристический алгоритм синтеза структуры модели зависимостей - байесовской сети - по диагностическим данным на основе применения принципа описания минимальной длины. Представлено описание разработанного алгоритма и его программной реализации.

Бесплатно

Экологизация производственной сферы и современные пути ее совершенствования

Тихонова Жанна Сергеевна

Статья научная

Представлены основные аспекты взаимодействия природы, человека и производства. Рассмотрены вопросы совершенствования экологизации производственной сферы с помощью таких направлений, как экологизация природопользования, применение технологий обезвреживания и утилизации производственных отходов, внедрение экологических инноваций и т.д.

Бесплатно

Эколого-экономическое регулирование производственной сферы в условиях устойчивого развития экономики региона

Сафронов Андрей Евгеньевич

Статья научная

Рассмотрены актуальные проблемы формирования системы эколого-экономического регулирования деятельности экономических субъектов в условиях устойчивого развития региона. Предложены перспективные подходы к рациональному использованию природно-ресурсного потенциала производственной сферы, основанные на идее формирования мотивационного механизма, обеспечивающего согласование экономических и экологических интересов при принятии управленческих решений в производственной сфере региона.

Бесплатно

Экономико-математическая модель оптимизации производственного плана как составляющее звено производственного маркетинга

Немова Алла Викторовна

Статья научная

Рассматривается проблема оперативного реагирования предприятий на изменения во внутренней и внешней среде на основе экономико-математического моделирования, в частности линейного программирования, с целью повышения эффективности производства.

Бесплатно

Журнал