Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика
Все статьи: 724
Физико-химический анализ условий образования и роста поперечных трещин в экранных трубах
Статья научная
По результатам электронно-зондового сканирования поверхностей экранных труб котла БКЗ-420-140-5 установлены особенности поражения металла в зависимости от эксплуатационных факторов. Представленные экспериментальные результаты и их обсуждение позволяют считать, что зарождение и рост поперечных трещин при организации нормального теплового режима связаны с условиями формирования первичных шлаковых отложений и количеством теплосмен, претерпеваемых экранными панелями.
Бесплатно
Фильтрация RAW-изображений на основе обобщенного метода наименьших модулей
Статья научная
Рассматриваются необработанные RAW-изображения, получаемые с фотоматрицы. Цель работы - адаптировать фильтр на основе обобщенного метода наименьших модулей (ОМНМ) для фильтрации RAW-изображений с цифровых камер. Цифровые изображения, получаемые при оцифровке аналогового сигнала цифровой фотоматрицей, помимо полезного сигнала имеют шумовую составляющую. Кроме того, структура изображения, полученная напрямую с цифровой матрицы, сильно отличается от привычного RGB-изображения. Для получения RGB-изображения необходимо применить интерполяционный алгоритм, называемый демозаикой, которая вносит дополнительные искажения. Предлагается производить фильтрацию полученного изображения до применения алгоритма демозаики. RAW-изображения используют большее количество бит для описания яркости каждого пикселя, чем стандартные RGB-изображения, и имеют другую структуру. Для работы с такими изображениями требуется адаптация существующих цифровых фильтров. Для ОМНМ-фильтрации подобраны коэфициенты для параметров функции сглаживающего преобразования. Показаны преимущества фильтрации RAW-изображений, по сравнению со стандартными RGB-изображениями, а также сравнение ОМНМ с усредняющей и медианной фильтрацией. На основе полученных зависимостей решена практическая задача по повышению контрастности изображений стеклянных изоляторах на основе их RAW-снимков для последующего обнаружения дефектов в изоляторах.
Бесплатно
Статья научная
Турбулентность и последующее перемешивание являются важными механизмами, определяющими динамику прибрежной зоны, перенос импульса, массы и тепла. В работе мелкомасштабное движение исключается из уравнений Навье-Стокса при помощи применения операции фильтрации и моделируется с использованием подсеточных моделей. Для этого в двумерном и трехмерном случаях применены различные виды фильтров: коробочный фильтр, фильтр Гаусса и фильтр Фурье, с постепенным уменьшением ширины фильтра, что позволяет воспроизвести более широкий частотный диапазон флуктуаций решения. Процедуре фильтрации подвержены натурные данные, полученные в ходе экспедиции в Центрально-Восточной части Азовского моря и в Таганрогском заливе на НИС «Денеб» Южного научного центра РАН. Для измерения трехмерного вектора скорости движения водной среды использовался гидрофизический ADCP-зонд Workhorse Sentinel 600, с помощью которого получено более 3 000 000 исходных измерений, в каждой точке (на каждой станции, которых 17) - более 150 000. Полученные данные планируется использовать для численного моделирования трехмерных турбулентных течений с применением подхода LES и сопоставления с результатами осреднения по RANS. В статье рассмотрены возможности применения различных типов аппроксимаций для параметризации вертикального турбулентного обмена. Проведено сравнение алгебраических моделей расчета коэффициента вертикального турбулентного обмена и полуэмпирических моделей турбулентности.
Бесплатно
Фликкер-шумовая спектроскопия флуктуаций проводимости плёнок платины и пермаллоя
Статья научная
Исследованы параметры фликкер-шума флуктуаций проводимости металлических плёнок платины и пермаллоя. Выявлены особенности флуктуаций проводимости этих плёнок. Анализ разностных моментов флуктуаций оказался информативным для параметризации шумов и выявления их особенностей у различных образцов.
Бесплатно
Формализации задач погрузки и доставки
Статья научная
Задачи маршрутизации типа «one-to-one» или Traveling Salesman Problem with Pickup and Delivery (TSPPD) заключаются в формировании цикла минимальной длины, обеспечивающего доставку грузов от производителей потребителям при условии доставки груза от каждого производителя конкретному потребителю. Такая задача, в частности, возникает при доставке пассажиров (например, таксопарком). Установлены некоторые свойства поставленной задачи. Построен ряд квадратичных, линейных целочисленных и частично целочисленных формализаций таких задач, в которых число ограничений растет полиномиально с ростом числа пунктов. В частности, в качестве переменных используются булевы элементы матрицы перестановки, двухиндексные и трехиндексные переменные, описывающие отношение предшествования и некоторые другие. При таких формализациях возможно непосредственное использование оптимизационных пакетов. В частности, был проведен вычислительный эксперимент с использованием пакета CPLEX 12.6. Рекордной по производительности на случайно сгенерированных данных оказалась линейная смешанная трехиндексная модель. Установлено, что добавление некоторых дополнительных ограничений существенно повышает эффективность решения, в то время, как использование некоторых других ограничений эффективность снижают. В ряде случаев фактором, препятствующим решению задачи большей размерности, явилась ограниченность оперативной памяти. При некоторых дополнительных ограничениях задача решалась для множеств пунктов, предлагаемых библиотекой, предложенной в университете г. Гейдельберга (Германия). В этом случае при использовании линейной смешанной трехиндексной модели получены решения задач весьма большой размерности (до 391 пары пунктов). Перспективы применения моделей, предложенных в статье, заключаются в расширении оперативной памяти компьютеров и совершенствовании оптимизационного пакета CPLEX. Некоторые исследователи отмечают, что CPLEX 11 (2007) работает почти в 30 000 раз быстрее, чем CPLEX 1 (1991).
Бесплатно
Формирование кристаллов систем NH4C1+H20 и NH4CI+CuSO4+H2O
Статья научная
Экспериментально исследованы закономерности формирования кристаллов систем NH4Cl+H2O и NH4Cl+CuSO4+H2O. Выявлен переход кристаллов дендритной формы к ограненной путем замещения ионов (NH4)+ на Сu2+.
Бесплатно
Фотовольтаические и фоторефрактивные эффекты в кристаллах со структурой селенита
Статья научная
Обнаружен и исследован фотовольтаический эффект в кристаллах со структурой селенита. Определен фотовольтаический коэффициент K14 = 210-10Асм(Вт)-1 при температуре 133 К при освещении светом с длиной волны X - 500 нм для Bi12TiO20. Обсуждены некоторые экспериментальные и физические основы фотовольтаического эффекта в кристаллах со структурой селенита. Исследование показывает, фотовольтаический эффект должен возникать и в других кристаллах со структурой селенита. Показана возможность использование фотопьезоэлектриков со структурой селенита в голографической записи.
Бесплатно
Фотовольтаический эффект в пьезо- и сегнетоэлектриках
Статья научная
В настоящей работе обнаружен и исследован фотовольтаический эффект в пьезоэлектрических кристаллах ZnS и пространственно осциллирующий фотовольтаический ток (ПОФТ) в направлении [100] в сегнетоэлектрике SbSJ при освещении поляризованным светом в направлении [010]. Обсуждены некоторые экспериментальные и физические основы фотовольтаических эффектов.
Бесплатно
Характеристики направленности лазерного импульсного термоакустического излучателя
Статья научная
Приведены результаты экспериментального исследования по выявлению зависимости характеристик направленности импульсного лазерного термоакустического излучателя объемных ультразвуковых волн от его энергетических и геометрических параметров. Описаны экспериментальный стенд и методика измерений. Полученные результаты можно использовать при создании средств бесконтактного у.з. контроля качества металлических материалов и изделий.
Бесплатно
Химические потенциалы тетрагонального феррита и его равновесие с γ-фазой в сталях
Статья научная
Для сталей с бескарбидным бейнитом рассмотрено равновесие тетрагональный феррит/аустенит, возникающее при распаде γ-фазы на примере сплавов Fe-C. Химические потенциалы компонентов вычислялись суммированием соответствующих выражений для α-фазы с кубической решеткой и «тетрагональной» добавкой по теории Зинера-Хачатуряна. Условие равенства химических потенциалов компонентов для двух фаз позволило рассчитать граничные концентрации углерода в α’- и γ-фазах. Установлено, что в тетрагональной α’-фазе рассчитанная концентрация углерода в 40-60 раз выше, чем для обычного кубического феррита. Это открывает новые возможности конструирования высокопрочных сталей со структурой бескарбидного бейнита.
Бесплатно
Численное исследование вынужденных колебаний жидкой капли на вибрирующей подложке
Статья научная
Разработаны программы, позволяющие описать поведение свободной поверхности и контактной линии раздела лежащей капли. Изложены результаты численных исследований линейных вынужденных колебаний капли вязкой жидкости, лежащей на вибрирующей горизонтальной поверхности. Задача решена для случаев постоянного краевого угла и закрепленной трехфазной линии. Найдены резонансные частоты для трех первых основных мод колебаний в условиях осевой симметрии. Проведено сравнение результатов с найденными в литературе экспериментальными данными, хорошее согласие продемонстрировано.
Бесплатно
Численное исследование поведения лежащей капли на нагретой плоскости
Статья научная
Проведено математическое моделирование поведения капли вязкой жидкости, лежащей на нагретой поверхности в атмосфере нейтрального газа. Рассмотрен динамический режим с постоянным контактным углом. Поверхность предполагается гладкой, химически инертной и изотермической, газ - идеальным и неконденсирующимся. Жидкая капля описана в приближении несжимаемой жидкости с учетом конвекции Марангони и гравитационных эффектов, в газе модель учитывает гравитационную конвекцию. Проведено исследование течений в капле и окружающей газовой среде и проанализированы движения поверхности капли.
Бесплатно
Численное исследование продольной компоненты электрического поля в электромагнитной волне
Статья научная
Рассмотрены оптические явления, связанные с влиянием продольной (т. е. направленной параллельно волновому вектору) компоненты электрического поля в электромагнитной волне. Актуальность работы связана с исследованием объектов субволновых масштабов и дополнительных степеней свободы пространственно-неоднородных оптических полей в новых областях оптики - фотонике, плазмонике и нанооптике. Численный анализ проведен для плоских волн с гауссовым профилем интенсивности и однородной (линейной или круговой) поляризацией. Решение уравнений Максвелла проведено методом конечных разностей. Для тестирования точности программы проведено сравнение коэффициентов отражения электромагнитной волны на границе прозрачной диэлектрической среды с аналитическим решением Френеля. Проведен расчет распределения электромагнитного поля при фокусировке толстой симметричной линзой. Получено увеличение интенсивности продольной компоненты в фокальной плоскости линзы в ~25 раз по сравнению с величиной E|| в падающем излучении. Впервые проведен численный анализ геометрического спинового эффекта Холла при фокусировке асимметрично сходящегося светового пучка. Эффект состоит в смещении «центра тяжести» распределения интенсивности продольной компоненты светового пучка для различных состояний круговой поляризации. Рассчитанный сдвиг составил ~0,5λ для право- и лево-поляризованного света при диаметре фокального пятна ~ 2λ, что хорошо согласуется с экспериментальными данными. Проведенные исследования показали, что разработанный пакет может быть использован для расчетов распределения полей при распространении электромагнитных волн произвольной конфигурации в оптически неоднородных средах.
Бесплатно
Численное исследование свободных колебаний лежащей капли
Статья научная
Проведено математическое моделирование течений в капле вязкой жидкости, лежащей на твердой поверхности и выведенной из состояния механического равновесия. Определены собственные частоты и коэффициенты затухания свободных колебаний капель различных жидкостей. Проведено сравнение результатов численного эксперимента и аналитической теории, известной для сферической капли.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются полиномиальные интегральные уравнения Вольтерра I рода второй степени, возникающие в задаче автоматического регулирования нелинейной динамической системы. Разработан адаптивный алгоритм учета обратной связи. Приводятся результаты тестовых расчетов для эталонной модели теплообмена.
Бесплатно
Численное моделирование течения вязкой жидкости по тепловым измерениям на ее поверхности
Статья научная
Определяются характеристики течения вязкой теплопроводной жидкости по измерениям температуры и потока тепла на ее дневной поверхности. Искомыми характеристиками являются температура и скорость жидкости. Задача рассматривается в стационарной постановке и формализуется как обратная граничная задача для модели высоковязкой несжимаемой жидкости. Задача является некорректной и решается вариационным методом. Проведены расчеты модельных примеров.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача нагревания конечного цилиндра тепловым источником, вращающимся с постоянной угловой скоростью и движущимся вдоль оси цилиндра. Теплофизические параметры материала цилиндра предполагаются функциями температуры. Предлагается численный метод решения квазилинейного уравнения теплопроводности, основанный на использовании явной разностной схемы. Приводится сравнение численного решения задачи по предлагаемому методу с решением по чисто неявной разностной схеме.
Бесплатно
Численное решение линеаризованной квазистационарной системы уравнений фазового поля с запаздыванием
Статья научная
Для линеаризованной квазистационарной системы уравнений фазового поля с запаздыванием представлен численный метод решения, исследована сходимость явной разностной схемы, учитывающей эффект запаздывания в исследуемой системе. На основе полученных результатов осуществлена программная реализации метода.
Бесплатно
Численное решение начально-конечной задачи для нестационарных систем леонтьевского типа
Статья научная
Основной целью данной статьи является доказательство сходимости численного решения нестационарной системы леонтьеского типа с начально-конечным условием. Нестационарные системы леонтьевского типа возникают при исследовании динамических балансовых моделей экономики. Отметим, что нестационарность системы описывается с помощью скалярной функции, на которую умножена одна из матриц системы. Также подчеркнем, что отличительной чертой систем леонтьевского типа является вырожденность матрицы при производной по времени, что обусловлено тем, что некоторые виды ресурсов экономических систем невозможно запасти. В данной статье вместо стандартного начального условия используется начально-конечное условие, которое для экономических систем может интерпретироваться как учет показателей не только в начальный момент времени, но и показателей, которые будут достигнуты в конечный момент времени. Ранее решение такой задачи было изучено и описано с помощью контурных интегралов. Однако, для большеразмерных систем такой вид решения не очень удобен, поэтому в данной статье предлагается описание численного решения без использования контурных интегралов, а также исследуется сходимость данного численного решения.
Бесплатно
Численный анализ волн напряжений и деформаций в неупругом стержне
Статья научная
Свойства неупругой среды существенно зависят от скорости деформирования, однако прямая идентификация соответствующих реологических функций при скоростях движения ударных волн представляет сложную экспериментальную проблему. Один из путей ее решения - удар по торцу образца материала (стержня) с замером истории деформаций в нескольких сечениях. При этом кроме соответствующей экспериментальной установки необходимо иметь вычислительную программу с варьируемыми характеристиками материала, чтобы подобрать нужные параметры среды. В статье предлагается такая программа, использующая структурную модель материала. Приведены результаты расчетов для случаев упругой, упругопластической и упруговязкой среды.
Бесплатно
