Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика
Все статьи: 733
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 роевого алгоритма планирования пути в двухмерной некартографированной среде
Статья научная
Исследуется эффективность роевых алгоритмов планирования пути в двумерной некартографированной среде. В качестве критериев эффективности используется число итераций в процессе поиска пути и оценка вероятности успешного достижения цели. В ходе исследования изменяется максимальная скорость перемещения роя и максимальное число итераций, в течение которых допускается отсутствие уменьшения расстояния до цели. Предполагается, что каждая частица может определять состояние среды в некоторой локальной области. Под определением состояния имеется в виду определение наличия препятствия в ячейке среды. Для решения проблемы локальных минимумов предлагается вводить виртуальное препятствие в точке локального минимума. Данный подход в целом известен. Новизна этого подхода заключается в том, что решается задача обнаружения локального минимума роем частиц. При одиночном движении обнаружение локального минимума тривиально и сводится к проверке движения к ранее посещенным ячейкам. В групповом случае требуется новое решение задачи обнаружения локального минимума. В данной статье приводится обзор и анализ задачи планирования пути, формулировка проблемы, постановка задачи, математическое описание алгоритмов глобального роевого планирования пути с предложенными модификациями, псевдокоды алгоритмов планирования и результаты численного исследования. В ходе численных исследований определены критерии эффективности планирования пути в среде размером 100 100 ячеек со случайно размещаемыми препятствиями.
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
Численный метод решения задач смешанного управления для систем леонтьевского типа
Статья научная
Приведено точное и приближенное решения задач смешанного управления. Подробно представлен алгоритм численного метода решения задачи смешанного управления, доказана сходимость приближенных решений к точному. Использованы методы теории вырожденных (полу)групп, теории оптимального управления. Отмечается значимость введенного функционала качества, вид которого позволяет решать прикладные задачи в экономике и технике.
Бесплатно
Численный метод решения одной нелокальной задачи трубопроводного транспорта вязких жидкостей
Статья научная
Рассматривается задача по определению распределения скоростей в поперечном сечении трубопровода для нестационарного осесимметричного потока несжимаемой вязкой жидкости при неизвестном условии на стенке трубопровода. Законы изменения во времени перепада давления по длине трубопровода и объемного расхода жидкости в трубопроводе считаются заданными. Данная задача относится к классу нелокальных задач с интегральными условиями для дифференциальных уравнений в частных производных. Путем интегрирования уравнения исходная задача преобразуется к прямой задаче с локальными условиями. Построен дискретный аналог последней задачи в виде неявной разностной схемы и предложен вычислительный алгоритм решения полученной системы разностных уравнений.
Бесплатно
Краткое сообщение
Экспериментально исследован процесс регистрации ультразвука, возбуждаемого лазером в металлических пластинах с помощью широкополосного ЭМА-приемника. Результаты исследований можно использовать для создания бесконтактных методов и средств ультразвукового контроля листовых металлоизделий.
Бесплатно
Экспериментальное и квантово-химическое исследование спектров поглощения гелей кремниевой кислоты
Статья научная
Исследованы спектры поглощения гидрогелей кремниевой кислоты, полученных по оригинальной методике при разных условиях синтеза. Методом DFT рассчитаны электронные спектры поглощения агрегатов, состоящих из олигомеров кремниевой кислоты, геометрия которых получена вероятностным моделированием с последующей оптимизацией ab initio. В видимом диапазоне поглощение обусловлено в основном олигомерами метакремниевой кислоты. В спектры также вносит вклад составляющая, обусловленная поглощением электромагнитного излучения при протекании процессов полимеризации, поликонденсации, деструкции, изомеризации гелевых олигомеров и дегидратации агрегатов. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Челябинской области (проект № 07~03-96056-р_урал_а).
Бесплатно
Экспериментальное и математическое моделирование самовоспламенения микрочастиц железа
Статья научная
Представлены экспериментальные и численные исследования самовоспламенения и горения микрочастиц железа в кислороде. Параметры высокотемпературной газовой среды были созданы при помощи установки быстрого сжатия. Изучались порошки с размерами частиц от 1 до 125 мкм при давлении кислорода от 0,5 до 28 МПа и температуре от 500 до 1100 K. Время задержки воспламенения измерялось с помощью регистрации излучения с боковой стенки камеры сгорания и измерения давления на торцевой стенке. Критические условия самовоспламенения микрочастиц железа определяются в зависимости от размера частиц, температуры и давления кислорода. Для описания механизмов воспламенения предложена точечная полуэмпирическая математическая модель, позволившая удовлетворительно описать экспериментальные данные по зависимости времени задержки воспламенения насыпки частиц железа от температуры окружающей среды с учетом зависимости предельных температур воспламенения от давления.
Бесплатно
Экспериментальное исследование твёрдых хладагентов
Статья научная
Получены экспериментальные данные по скорости разложения некоторых твёрдых реактивов при различных температурах, которые могут использоваться при расчёте теплофизических и газодинамических процессов в низкотемпературных газогенераторах.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются структурные (модельные) этапы самоорганизационного формирования гелевых оксигидратов на основании их экспериментально динамического исследования. Приводятся и анализируются измерения самопроизвольного тока, вызываемого поляризованным двойным электрическим слоем геля. Данные исследования позволяют утверждать, что оксигидратный гель в своем развитии проходит целый ряд этапов, в которых образованию стохастической паутины принадлежит важная, если не главенствующая роль. Делается вывод о том, что в постоянном магнитном поле меняется взаимодействие гелевых фрагментов, которое определяет величину измеряемого в эксперименте тока, а, следовательно, и характер (архитектуру) структурных мотивов геля.
Бесплатно
Краткое сообщение
Предлагается метод определения модового состава излучения, распространяющегося в оптическом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления, в основе которого лежит разложение комплексного светового поля по неортогональным модам. Расчет комплексных коэффициентов мод излучения оптического волокна проведен для экспериментальных данных.
Бесплатно
Экстремальные стратегии в игровых задачах для линейных интегро-дифференциальных систем Вольтерра, I
Статья научная
Изучены игровые ситуации для систем, описываемых линейными интегро-дифференциальными уравнениями Вольтерра с управляющими воздействиями вне интеграла. Для решения этих задач предложена некоторая модификация известной экстремальной конструкции академика Н.Н. Красовского.
Бесплатно
Экстремальные стратегии в игровых задачах для линейных интегродифференциальных систем Вольтерра, II
Статья научная
Изучены задача наведения и игровая задача т лиц для случая равновесия системы функционалов (типа расстояния) в смысле Нэша. Для решения этих задач применяется известная экстремальная конструкция академика Н.Н. Красовского, модифицированная для рассматриваемых ситуаций.
Бесплатно
