Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

17 Физика

 

Уруцкоев Л.И. «Путь, который мы прошли вместе с Анри Рухадзе» Прикладная физика и математика, № 12, с. 28-49 (2021)

DOI: 10.25791/pfim.06.2021.1216

Прикладная физика и математика, № 12, с. 28-49 (2021) | Рубрики: 03 17

 

Горобец Б.С. «100 лет со дня рождения Я.Б. Зельдовича – главного теоретика Атомного проекта СССР» Известия академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, № 1, с. 54-70 (2014)

Известия академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, № 1, с. 54-70 (2014) | Рубрики: 03 17

 

Смирнов А.Н., Савин А.В., Сигов А.С. «Эмулоны и образование солитонов в дистиллированной воде» Известия академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, № 2, с. 90-93 (2013)

Изложены новые экспериментальные факты, свидетельствующие об образовании надмолекулярных комплексов воды – эмулонов с линейными размерами 1–100 мкм и временем релаксации свыше одной секунды, состоящих из пяти фракций. Для доказательства их существования применены метод акустической эмиссии (АЭ), оптический и термический методы. Разрушение эмулонов при повышении температуры порождает в водной среде солитоны. Ключевые слова: структура воды, эмулоны, акустическая эмиссия, оптическая визуализация, термический анализ, солитоны.

Известия академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, № 2, с. 90-93 (2013) | Рубрики: 14.02 17

 

Биккулова Н.Н., Горемычкин Е.А., Акманова Г.Р., Курбангулов А.Р., Биккулова Л.В., Сафаргалиев Д.И., Нигматуллина Г.Р., Алымов М.И. «Динамика решетки теллуридов меди и серебра» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 3-6 (2021)

Впервые представлены результаты исследований теллуридов меди и серебра методом неупругого рассеяния нейтронов при температуре 300 K в несуперионной фазе. Впервые получены динамические структурные факторы, обобщенные плотности фононных состояний и определены величины низкоэнергетических мод данных соединений. Фононные спектры теллуридов меди и серебра имеют особенности, характерные для структурно-разупорядоченных соединений. Вид фононного спектра в несуперионном состоянии характеризуется большой плотностью фононных мод в области малых частот.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 3-6 (2021) | Рубрика: 17

 

Гришин М.Я., Леднёв В.Н., Сдвиженский П.А., Павкин Д.Ю., Никитин Е.А., Бункин А.Ф., Першин С.М. «Лидарный мониторинг влажности биологических объектов» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 7-11 (2021)

Впервые проведены эксперименты по лазерному дистанционному зондированию влажности биологических объектов, имеющих важное значение для агропромышленности. Зондирование проводили с помощью разработанного в ИОФ РАН флуоресцентного лидара на базе импульсного твердотельного лазера (527 нм, 5 нс, 1 кГц, 200 мкДж/имп) и стробируемой камеры с усилителем яркости. Зарегистрированы спектры лазерной флуоресценции различных биологических объектов растительного происхождения при различном значении влажности. Потеря воды сопровождалась деградацией биологических пигментов, что приводит к неравномерному увеличению интенсивности полос в спектре флуоресценции для разных спектральных диапазонов. Показано, что отношение спектральных полос хлорофилла а (680 нм) и протохлорофиллида (630 нм) имеет наилучшую корреляцию с остаточной влажностью, что открывает перспективное направление лидарного измерения и мониторинга влажности/сухого вещества в силосе или многолетних травах.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 7-11 (2021) | Рубрика: 17

 

Лебедев-Степанов П.В. «Параметрическое уширение электронно-колебательного спектра молекулы в связи с нулевыми колебаниями и тепловыми флуктуациями межатомных связей» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 12-20 (2021)

В рамках приближения Борна–Оппенгеймера впервые показано существование принципиально нового типа уширения спектральной линии электронно-колебательно-вращательного (ровибронного) перехода в молекуле, обусловленного нулевыми колебаниями и тепловыми флуктуациями ядер атомов около их положений равновесия при колебательно-вращательном движении внутри молекулы. В рамках гармонического приближения для описания поверхностей потенциальной энергии основного и возбужденного состояний получено количественное описание формы и ширины линии электронного перехода, отвечающей данному типу уширения, названного параметрическим, поскольку энергия любого ровибронного уровня и перехода между уровнями параметрически зависит от текущего мгновенного положения ядер, которые движутся много медленнее, чем электроны. Для учета этого эффекта предложены диаграммы Франка–Кондона с наклонными (изогнутыми) колебательными уровнями. Найдены выражения параметрически уширенной спектральной интенсивности вибронного перехода. Показано, что основной электронный уровень размыт, как и любой другой ровибронный уровень, когда речь идет о молекулах, ядерная система которых термализована внешней средой. Этим эффектом нельзя пренебречь в ровибронных спектрах любых типов молекул, поскольку он связан с квантовой неопределенностью ядерных координат, вызывающей флуктуации энергии электронной подсистемы молекулы. Величина такого уширяющего эффекта оценивается на примере (0-0)-перехода в серии мономеров полиметиновых красителей. Оценка показала, что величина параметрического уширения указанной бесфононной линии соизмерима с уширением, наблюдаемым в эксперименте. Существующие квантово-химические методы расчета молекулярных спектров не учитывают параметрического уширения. Они сглаживают квазиконтинуум близко расположенных ровибронных переходов, приближенно вычисляя их общую огибающую, но не рассматривают уширения одиночного перехода. Создание теории параметрического уширения будет способствовать разработке внутримолекулярных преобразователей энергии от ядер к электронам и наоборот, сенсорных нанозондов, квантовых радиотехнических, фотоакустических и акустооптических, приемо-передающих или преобразующих устройств молекулярного размера.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 12-20 (2021) | Рубрика: 17

 

Мандель А.М., Ошурко В.Б., Першин С.М. «Тонкое полупроводниковое квантовое кольцо – аналог атома Бора, управляемого магнитным полем» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 21-25 (2021)

Главный признак полуклассического боровского атома – целочисленное квантование орбитального момента электрона – можно реализовать в тонком полупроводниковом квантовом кольце. Такое кольцо из-за наличия двух неэквивалентных гетерограниц обладает уникальными правилами отбора. Они позволяют свести спектр кольца к единственному одноэлектронному состоянию с заранее определенными квантовыми числами, полностью управляемыми магнитным полем. Переключая поле, можно формировать в кольце состояния с заранее необходимыми квантовыми числами и вызывать требуемые переходы между этими состояниями. Обсуждается энергетика этих переходов. Установлено, что существует теоретическая возможность преобразования тепловой энергии в энергию направленного монохроматического излучения.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 21-25 (2021) | Рубрика: 17

 

Новиков В.С., Кузнецов С.М., Кузьмин В.В., Прохоров К.А., Сагитова Е.А., Дарвин М.Е., Ладеманн Ю., Устынюк Л.Ю., Николаева Г.Ю. «Анализ природных и синтетических соединений, содержащих полиеновые цепи, методом спектроскопии комбинационного рассеяния» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 26-33 (2021)

Проведен теоретический анализ зависимости спектров комбинационного рассеяния молекул, содержащих полиеновые цепи, от длины сопряжения, структуры боковых и концевых групп и типа изомера.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 26-33 (2021) | Рубрика: 17

 

Чашечкин Ю.Д., Ильиных А.Ю. «Визуализация областей контакта сред в течениях импакта капли с химическими реакциями» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 39-47 (2021)

Впервые проведена видеорегистрация процесса слияния капли раствора хлорного железа (концентрация 16 и 1%) с раствором роданида аммония (20%), включающего фазу формирования и реструктуризации системы наклонных петель на поверхности каверны, визуализированной продуктами химической реакции. Образующийся при слиянии жидкостей ярко окрашенный раствор роданида железа также попадает в капельки первичного контакта и группы последующих брызг. Волокна, содержащие роданид железа, образуют линейчатые и сетчатые структуры на стенках каверны и венца. На дне каверны под узлами сеток формируются выступы и мелкие кольцевые вихри на ножках. В фазе коллапса каверны выступы вытягиваются в наклонные петли длиной до 4.6 мм, вторгающиеся в принимающую жидкость. В ходе эволюции течения волокна перестраиваются с образованием новых структур. Тонко окрашенные области сохраняются длительное время и расплываются под действием процессов диффузии.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 39-47 (2021) | Рубрика: 17

 

Розенблат Г.М. «О равновесии твердого тела, опирающегося одной точкой на шероховатую плоскостЬ» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 57-64 (2021)

Рассматривается задача о возможном и обязательном (в смысле Джеллетта) равновесии твердого тела, которое контактирует одной своей точкой с шероховатой плоскостью и находится под действием произвольной системы сил. Распределения масс в теле (т.е. центральный тензор инерции и положение центра масс тела относительно точки опоры) предполагаются произвольными. В точке контакта тела с опорой (односторонняя связь) действует сила сухого трения, подчиняющаяся классическому закону Кулона–Эйлера. Получены необходимые и достаточные условия обязательного равновесия. Эти условия выражаются простыми аналитическими формулами. Приводится сравнение с соответствующими результатами для плоского случая, полученными ранее.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 500, № 1, с. 57-64 (2021) | Рубрика: 17

 

Дмитриев С.В., Ильгамов М.А. «Радиальная реакция углеродной нанотрубки на динамическое давление» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 8-13 (2021)

Рассматривается радиальная динамика однослойной углеродной нанотрубки при динамическом сжатии в линейной постановке. Применяется уравнение изгибной деформации тонкостенной цилиндрической оболочки (кругового кольца), основанное на гипотезах Кирхгоффа. Привлекается эффективный параметр, полученный сравнением собственных частот в рамках молекулярной динамики и теории упругих оболочек. Прикладываемое внешнее давление изменяется ступенчато и далее остается постоянным в пределах рассматриваемого времени. В зависимости от отношения этого давления к критическому значению статического давления изучаются режимы колебательного движения и экспоненциального возрастания прогиба. Эти величины представляются также через число атомов углерода, образующих круговое кольцо.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 8-13 (2021) | Рубрика: 17

 

Чернышев С.Л., Локтионов Е.Ю., Сагалаков А.Э., Скворцов В.В., Филатьев А.С., Успенский А.А. «О перспективах инфракрасных лазеров в воздушных электрореактивных двигателях» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 19-22 (2021)

Приведены результаты исследований применения твердотельных лазеров, работающих в инфракрасном диапазоне, в сочетании со специальными мишенями для получения первичных электронов в камерах ионизации плазменно-ионных двигателей. Такие двигатели, оснащенные свободномолекулярными воздухозаборниками для использования газов окружающей атмосферы в качестве рабочего тела, образуют воздушные электрореактивные двигатели, высокоэффективные для длительного поддержания космических аппаратов на сверхнизких орбитах, дающих значительные преимущества в дистанционном зондировании Земли и телекоммуникации. Показано, что предложенный способ эмиссии электронов может являться альтернативой применяемым сегодня катодам, нагреваемым током, для существенного увеличения срока их активного существования.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 19-22 (2021) | Рубрика: 17

 

Шматков А.М. «Гарантированная оценка состояния динамической системы при наличии наблюдений с ограниченной величиной погрешности» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 59-62 (2021)

Получены уравнения для вычисления оптимальной гарантированной оценки состояния динамической системы по данным наблюдений при наличии ограниченного по величине шума. Для линейных по фазовому вектору и вектору наблюдений дифференциальных уравнений, описывающих искомую оценку, в рамках метода эллипсоидов показано, что оптимальное решение состоит из участков, где игнорируются либо данные наблюдений, либо свойства системы.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 59-62 (2021) | Рубрика: 17

 

Велиев Е.И., Ганиев Р.Ф., Корнеев А.С., Украинский Л.Е. «Гидродинамические генераторы колебаний – новый тип устройств для осуществления периодических воздействий» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 63-67 (2021)

Для проведения исследований механических периодических воздействий на человека предлагается использовать новый тип устройств – гидродинамические генераторы колебаний (волновые гидромассажеры), способные создавать в гидродинамических течениях трехмерные (в частности, спиральные) волны с амплитудами и частотами скоростей и давлений широкого спектра, в том числе с зонами разрежения на обрабатываемой поверхности. Полученные данные могут быть использованы при проектировании гидромассажных устройств для физиотерапии.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 63-67 (2021) | Рубрика: 17

 

Окулов В.Л. «Моделирование торможения осевого потока вихревыми следами на лопасти НЕЖ» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 68-72 (2021)

Представлены результаты аналитического моделирования системы винтовых вихрей, сходящих с концов вращающихся лопастей ротора НЕЖ, предложенного Н.Е. Жуковским. В работе построено аналитическое решение для определения скорости торможения потока на лопасти, индуцированной вихревым следом. Впервые для моделирования вихревой системы следа использовалась модель с равномерным распределением завихренности в ядре каждого концевого вихря, сходящего с лопастей ротора НЕЖ. Решение получено с помощью обобщения на многовихревую систему лопастных вихрей метода Дайсона, применявшегося ранее только для отдельного винтового вихря. Данный результат может быть использован при построении теоретических и численных моделей, для оценки оптимальной производительности роторов и предсказания возникновения эрозии и обледенения на их лопастях. Результаты работы представляют интерес для фундаментального понимания и описания поведения потоков с системой винтовых вихрей в роторной аэродинамике и других исследованиях, где в закрученных течениях возникают многовихревые структуры винтовой формы, например, в ядрах торнадо, в вихревых аппаратах и циклонных сепараторах, в камерах сгорания и др.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 501, № 1, с. 68-72 (2021) | Рубрика: 17

 

Кислицын А.А., Орлов Ю.Н. «Модель эволюции распределений степеней вершин графов социальных сетей» Математическое моделирование, 33, № 9, с. 3-21 (2021)

Исследуются распределения степеней вершин сетевого графа, образованного дружескими связями социальной сети «ВКонтакте». Вершины социальных графов многомерны, поскольку пользователь описывается многими параметрами, основными из которых, указываемыми при регистрации, являются пол, возраст, регион проживания. Цель исследования состоит в разработке модели, позволяющей приближенно описать структуру связей графа на основе анализа эмпирических частот связей между вершинами. Выяснилось, что распределение вершин социального графа по степеням сильно зависит от того, какому параметру отвечает вершина. Так, распределение региональных связей без учета пола и возраста близко к равномерному, а распределение возрастных связей без учета пола и региона имеет треугольный вид. В результате «городской» граф имеет большое полносвязное ядро и разреженную периферию, а «возрастной» граф – полносвязные сообщества из 5–7 вершин, слабо связанных одно с другим. В работе построены модельные распределения степеней многомерных вершин сетевого графа и изучена зависимость плотности графа от ранга параметров вершин. Рассмотрены также различные способы кластеризации вершин с целью получения полносвязного графа и представлена модель эволюции матриц смежности.

Математическое моделирование, 33, № 9, с. 3-21 (2021) | Рубрика: 17

 

Федосова Н.В., Берченко Г.Н., Машошин Д.В. «Создание математической модели нейронной сети для морфологической оценки репарации и ремоделирования костного дефекта» Математическое моделирование, 33, № 9, с. 22-34 (2021)

В настоящее время уже не возникает сомнений в том, что применение моделей искусственного интеллекта имеет исключительный потенциал во многих сферах нашей жизни, включая медицину, поскольку выводит медицинское исследование на принципиально новый качественный уровень за счет высокой степени точности анализа растущих объёмов медицинских данных, исключающей влияние человеческого фактора и соответствующие медицинские ошибки. Несмотря на бурное развитие нейронных сетей, их практическое применение в современных научных исследованиях встречается крайне редко. В отечественной или зарубежной литературе отсутствуют работы, где нейронные сети используются для обработки морфологических изображений, полученных в результате научного эксперимента. Используемые в настоящее время для этой цели методы математической статистики очень сложны и в большинстве случаев трудны для врачей и биологов. Это приводит к большому количеству ошибок и в ряде случаев к ненаучным и абсурдным выводам. Поэтому авторы данной работы разработали методологию построения математической модели свёрточной нейронной сети GoogLeNet, с помощью которой была проведена морфологическая оценка процесса заживления костного дефекта. Морфологическое исследование, проведенное экспертом патологоанатомом, подтверждает результаты обработки гистологических препаратов математической моделью. Достоверность результатов проведенного качественного и количественного морфологического исследования – анализа изображений с помощью разработанной авторами статьи модели нейронной сети – значительно превышает достоверность обработки результатов, выполненных специалистом традиционным способом. Это становится возможным, поскольку при обработке изображений с помощью математической модели производится исследование всех полей зрения микроскопа гистологического материала, что позволяет исключить элемент случайной выборки, а также человеческий фактор при оценке результатов исследования.

Математическое моделирование, 33, № 9, с. 22-34 (2021) | Рубрика: 17

 

Грабовенская С.А., Завьялов В.В., Шестаков А.А. «О двух подходах эффективного понижения размерности для задач переноса теплового излучения в многомерной геометрии» Математическое моделирование, 33, № 9, с. 35-46 (2021)

Математическое моделирование нестационарного переноса лучистой энергии в кинетической постановке является весьма трудоемкой задачей. Это связано с нелинейностью решаемой системы и ее большой размерностью. В общем случае кинетическое уравнение переноса решается в 7-мерном фазовом пространстве, что требует больших вычислительных ресурсов. Поэтому исторически предпринимались попытки упростить исходную решаемую систему. Однако упрощающие предположения a priori могут ухудшать качество решения. Существенным шагом вперед стало квазидиффузионное приближение, предложенное В.Я. Гольдиным в 1964 г для переноса нейтронов и ставшее впоследствии одним из эффективных методов решения задач переноса нейтральных частиц. Метод квазидиффузии учитывает кинетические эффекты через коэффициенты, насчитываемые при периодическом решении кинетического уравнения. Существуют и другие подходы к упрощению исходной системы. В 2010 г. М.Ю. Козмановым и Н.Г. Карлыхановым для одномерной геометрии была предложена другая модель, идеологически близкая к алгоритму квазидиффузии. В этой модели в уравнение диффузии вводятся коэффициенты, полученные при решении кинетического уравнения. Данный подход активно развивается в РФЯЦ-ВНИИТФ как в практическом, так и в теоретическом плане, и опыт использования позволяет надеяться на его широкое применение. В статье конспективно рассматриваются эти две модели и приводятся результаты расчетов двух тестовых задач в двумерной осесимметричной геометрии.

Математическое моделирование, 33, № 9, с. 35-46 (2021) | Рубрика: 17

 

Чечина А.А. «Алгоритмы поведения водителей на нерегулируемых перекрестках с приоритетом и при объезде препятствий» Математическое моделирование, 33, № 9, с. 47-59 (2021)

Представлен набор алгоритмов «вежливый водитель» для двумерной микроскопической модели движения автотранспорта на основе теории клеточных автоматов. Рассмотрены случаи перестроения при объезде препятствия на многополосной дороге и въезд с второстепенной дороги на главную; для каждого случая представлена блок-схема алгоритма «вежливый водитель». Обсуждаются особенности программной реализации алгоритмов в составе комплекса программ для моделирования транспортных потоков. Проведены тестовые расчеты для апробации алгоритмов. Расчеты показывают, что наличие в модели «вежливых» водителей позволяет снизить время ожидания перестроения или въезда для автомобилей без приоритета, что соответствует реальной ситуации. Представленные результаты подтверждают, что созданные алгоритмы и программные модули позволяют адекватно моделировать различные ситуации, возникающие при движении автотранспорта и обусловленные «человеческим фактором».

Математическое моделирование, 33, № 9, с. 47-59 (2021) | Рубрика: 17

 

Борзунов С.В., Семенов М.Е., Сельвесюк Н.И., Мелешенко П.А., Соловьев А.М. «Стохастическая модель гистерезисного преобразователя с доменной структурой» Математическое моделирование, 33, № 9, с. 60-86 (2021)

Работа посвящена обобщению одной из самых «популярных» конструктивных моделей гистерезиса – преобразователя Прейзаха (континуальная система неидеальных реле, соединенных параллельно). Во многих прикладных задачах, связанных с моделированием гистерезисных эффектов, где априори предполагается доменная структура носителей гистерезисных свойств (многократное перемагничивание ферромагнитных составляющих электромагнитных систем, поляризация сегнетоэлектрика в зависимости от напряженности электрического поля, зависимость занятости от цены на монотоварных рынках и др.), приходится сталкиваться с необходимостью учитывать неопределенности в реакциях отдельных доменов на внешнее воздействие. В настоящей работе предложен инструментальный метод, позволяющий учитывать такие неопределенности посредством стохастических моделей элементарных носителей гистерезисных свойств. Рассмотрены основные свойства дискретной и континуальной систем реле, параметры которых трактуются как случайные величины, при этом выход системы реле представляется как случайный процесс. Исследована корректность определения, в частности, установлена независимость выхода (случайного процесса) от способа дискретизации в рамках предельного перехода от конечной к континуальной системе неидеальных реле, а также установлена управляемость и монотонность (в рамках соответствующего определения) стохастического аналога преобразователя Прейзаха.

Математическое моделирование, 33, № 9, с. 60-86 (2021) | Рубрика: 17

 

Бублик С.А., Семин М.А. «Численное моделирование фильтрации смеси пар–вода–нефть при паротепловом воздействии на пласт» Математическое моделирование, 33, № 9, с. 108-128 (2021)

Представлена математическая модель и алгоритм численного моделирования фильтрации трехфазной смеси пар–вода–нефть в пористом пласте при паротепловом воздействии на него. Рассматривается двумерная постановка задачи, конвективный и диффузионный механизмы тепло- и массопереноса смеси. Физические свойства пласта принимаются однородными и изотропными, явный учет трещиноватости пласта не производится. Свойства пара и воды считаются не зависящими от термодинамических параметров системы. Физические свойства нефти также не зависят от термодинамических параметров системы за исключением динамической вязкости, которая является функцией температуры. Для описания изменения паро-, водо- и нефтенасыщенности используются нестационарные балансовые соотношения для каждой фазы. Из этих соотношений и закона фильтрации Дарси получено уравнение пьезопроводности для расчета распределения давления. Расчет температуры смеси осуществляется с помощью уравнения теплопроводности в рамках гипотезы о квазиравновесном тепловом состоянии всех рассматриваемых фаз и единой температуре. В модели также учитываются фазовые переходы между паром и водой. Для этого используется модель W.H. Lee. Пространственная дискретизация полученных уравнений осуществлялась методом конечных объёмов, а дискретизация по времени – с помощью прямой схемы Эйлера. Поскольку используемые балансовые уравнения являются нелинейными, то для их численного решения применен метод Ньютона. С помощью построенной численной схемы проведено моделирование фильтрации трехфазной смеси пар-вода-нефть через пористый пласт в условиях парогравитационного дренирования. В ходе анализа результатов моделирования показаны особенности предложенного численного метода, возникающие при учёте фазового перехода между паром и водой.

Математическое моделирование, 33, № 9, с. 108-128 (2021) | Рубрика: 17

 

Милюкова О.Ю. «MPI+OpenMP реализация метода сопряженных градиентов с факторизованными неявными предобусловливателями» Математическое моделирование, 33, № 10, с. 19-38 (2021)

Предлагаются безытерационные способы применения MPI+OpenMP технологии при построении и обращении предобусловливателей блочного Якоби в сочетании с неполным треугольным разложением с отсечением по параметру первого порядка IC1 и стабилизированного неполного треугольного разложения с отсечением по параметру второго порядка IC2S. При этом число блоков в блочном Якоби кратно числу используемых процессоров и числу используемых потоков. Получены оценки числа итераций метода сопряженных градиентов с предобусловливанием блочного Якоби в сочетании с IC1 или IC2S. С помощью расчетов модельных задач и ряда задач из коллекции разреженных матриц SuiteSparse показано, что применение MPI+OpenMP технологии позволяет существенно ускорить вычисления по сравнению с применением только MPI для не слишком большого числа узлов суперкомпьютерной системы.

Математическое моделирование, 33, № 10, с. 19-38 (2021) | Рубрика: 17

 

Зенюк Д.А., Малинецкий Г.Г. «Линейный анализ неустойчивостей в системе реакции–субдиффузии смешанного порядка» Математическое моделирование, 33, № 10, с. 39-50 (2021)

Рассматривается двухкомпонентная среда с субдиффузионным транспортом и нелинейной химической кинетикой. Формально такая система может быть представлена в виде связных уравнений с производными Капуто разного порядка. С помощью линейного анализа установлено, что соотношение показателей дробных производных существенно влияет на отбор паттернов, которые могут возникать в системе. Также продемонстрирован новый тип бифуркаций, который невозможно наблюдать в аналогичной системе с обычными производными. Проведенный анализ дополнен результатами прямого численного моделирования.

Математическое моделирование, 33, № 10, с. 39-50 (2021) | Рубрика: 17

 

Захаров В.С., Жуковский М.Е., Марков М.Б., Захаров С.В. «О моделировании ударной ионизации ионов в приближении искаженных волн» Математическое моделирование, 33, № 10, с. 51-64 (2021)

Характеристики состояния атомов и ионов, вычисленные в квантово-статистической модели Хартри–Фока–Слэтера, использованы для прямого расчета дифференциальных и полных сечений процессов ионизации электронным ударом однократных ионов кислорода и азота в приближении искаженных волн. Сходимость сечений обосновывает применимость приближения для расчета сечений ударной ионизации ионов электронами в газоплазменных образованиях. Вычисленные сечения сравниваются с аналитическими приближениями и доступными экспериментальными данными. Результаты расчетов показывают, что предложенный метод дает надежные результаты, что в сочетании с применимостью модели Хартри–Фока–Слэтера в большом диапазоне температур и плотностей позволяет использовать его в широком интервале энергий и зарядов ионов.

Математическое моделирование, 33, № 10, с. 51-64 (2021) | Рубрика: 17

 

Головизнин В.М., Афанасьев Н.А. «Бесшовный балансно-характеристический метод решения задач взаимодействия жидкости и газа с деформируемыми объектами» Математическое моделирование, 33, № 10, с. 65-82 (2021)

Построен новый балансно-характеристический метод решения задач взаимодействия потоков жидкости и газа с деформируемыми объектами. Предложенный метод является представителем семейства так называемых монолитных (или бесшовных) методов, в которых и газ, и деформация объектов рассчитываются с помощью единой численной схемы, позволяющей естественным образом моделировать границу раздела между газом и телами. Полученный метод является явным, легко масштабируемым, и использует лагранжевы координаты для моделирования деформации тел и смешанные эйлерово-лагранжевые – для моделирования течения газа. Ключевой особенностью метода является обратимый по времени алгоритм передвижения расчетной сетки, что позволяет избавиться от численной диссипации схемы. Метод тестируется на ряде одномерных и двумерных задач: переходе акустических колебаний из газа в упругую среду, воздушном ударе об упругое тело, генерации сферических акустических волн колеблющейся балкой.

Математическое моделирование, 33, № 10, с. 65-82 (2021) | Рубрика: 17

 

Никитаев В.Г., Проничев А.Н., Тамразова О.Б., Сергеев В.Ю., Лим А.О., Козлов В.С. «Модель обнаружения глобул на изображениях новообразований кожи» Математическое моделирование, 33, № 10, с. 83-95 (2021)

Статья посвящена цифровой обработке изображений новообразований кожи для обнаружения значимых при диагностике меланомы структурных элементов – глобул (глыбок, комков). Предложена новая модель обработки, позволяющая в разноконтрастных изображениях устойчиво выделять глобулы без необходимости выполнения ручной подстройки параметров. Представлены результаты эксперимента, подтверждающие адекватность модели. Точность распознавания глобул составила от 81 до 89% в зависимости от контрастности исходных изображений. Экспериментальная выборка изображений содержала 2868 глобул.

Математическое моделирование, 33, № 10, с. 83-95 (2021) | Рубрика: 17

 

Гиневский А.Ф., Гиневский Д.А., Ижевский П.В. «Моделирование пространственно-временного распределения лекарственного агента в биологической ткани» Математическое моделирование, 33, № 11, с. 3-17 (2021)

Предложена математическая модель фармакокинетики противоопухолевых препаратов, представляющая биологическую ткань в виде случайно-неоднородной среды. Модель базируется на системе уравнений реакции-диффузии, в которой коэффициенты являются случайными функциями пространства и времени. Коэффициенты модели вычисляются исходя из вероятности протекания процессов в живой ткани. Показаны примеры применения предлагаемого подхода на двух препаратах: «Цисплатин», используемый при химеотерапии рака, и «Бор-фенилаланин», предлагаемый как агент, повышающий дозу при облучении. Модель демонстрирует хорошее совпадение с результатами известных экспериментов. Описанный метод построения моделей фармакокинетики лекарственных препаратов может служить универсальным подходом для моделирования пространственно-временного распределения многих лекарств, в том числе использующих наночастицы. Результаты моделирования позволили предложить оптимизацию существующих протоколов химиотерапевтического и радиологического лечения.

Математическое моделирование, 33, № 11, с. 3-17 (2021) | Рубрика: 17

 

Аманбаев Т.Р., Энтони С.Д. «Развитие математических моделей эпидемии с учетом влияния изоляции особей в популяции» Математическое моделирование, 33, № 11, с. 39-60 (2021)

Анализируется влияние изоляции особей популяции на динамику эпидемии. На основе SIR модели построена SIRDi модель, где учитывается изоляция особей, а также наличие умерших больных, которую уместно использовать в случаях обширного распространения инфекции, когда число инфицированных сравнимо с числом уязвимых (т.е. тех, кто может быть инфицирован – Susceptible). Предлагаются упрощенные IRD и IRDi модели для изучения распространения инфекционной болезни на начальном этапе эпидемии (или для случая, когда скорость распространения инфекции не велика). Обнаружено, что существует пороговое значение коэффициента (доли) изоляции, которое разграничивает качественно разное поведение эпидемических показателей популяционной системы. Приведено сравнение между разными моделями. Показано, что упрощенная (IRDi) и более сложная (SIRDi) модели на начальном этапе эпидемии дают приблизительно одинаковые результаты.

Математическое моделирование, 33, № 11, с. 39-60 (2021) | Рубрика: 17

 

Бондарев А.Е., Бондаренко А.В., Галактионов В.А., Жуков В.Т., Мануковский К.В., Новикова Н.Д., Феодоритова О.Б. «Численное исследование влияния преграды на обтекание вертикально-осевой ветротурбины» Математическое моделирование, 33, № 11, с. 61-76 (2021)

Представлены результаты численного моделирования вертикально-осевой ветротурбины на основе решения трехмерных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса с моделью турбулентности Спаларта–Аллмареса. Для ветротурбины геликоидного типа с тремя спирально закрученными лопастями приведены результаты параметрических расчетов вязкого сжимаемого обтекания в условиях, моделирующих городскую инфраструктуру.

Математическое моделирование, 33, № 11, с. 61-76 (2021) | Рубрика: 17

 

Акопов А.С., Бекларян Л.А., Бекларян А.Л. «Мультисекторная модель ограниченного соседства: сегрегация агентов и оптимизация характеристик среды» Математическое моделирование, 33, № 11, с. 95-111 (2021)

Представлен подход к исследованию эффектов сегрегации с использованием разработанной мультисекторной модели ограниченного соседства. Предложена модель эволюционной динамики сообщества, состоящего из местного (коренные жители) и внешнего населения (мигрантов), взаимодействующих в искусственной социально-экономической системе, в которой выделены ключевые секторы экономики: добыча сырья (первичный сектор, привлекающей преимущественно мигрантов), производственный сектор (вторичный сектор, привлекающий преимущественно коренных жителей) и сфера низкотехнологичных и высокотехнологичных услуг (третичный и четверичный сектора экономики, привлекающие мигрантов и коренных жителей, соответственно). Формирование рабочих мест в данных секторах экономики осуществляется централизованно с использованием ранее предложенного алгоритма нечёткой кластеризации. Выполнены имитационные эксперименты и исследованы эффекты сегрегации, обусловленные стремлением агентов к поиску наиболее предпочтительных рабочих мест в условиях ограниченного соседства при различных сценарных условиях. Используя предложенный генетический алгоритм, решена важная оптимизационная задача по максимизации темпов роста ВВП и минимизации уровня сегрегации населения.

Математическое моделирование, 33, № 11, с. 95-111 (2021) | Рубрика: 17

 

Рязанов Д.А. «Квазигидродинамический алгоритм в задаче моделирования аттракторов внутренних волн» Математическое моделирование, 33, № 12, с. 3-20 (2021)

На примере задачи моделирования волновых аттракторов в стратифицированной жидкости демонстрируются преимущества квазигазодинамического алгоритма (QHDFoam) перед классическим алгоритмом расщепления операторов (PISO). Оба алгоритма реализованы методом конечного объема на базе программного пакета OpenFOAM с открытым исходным кодом. Показано, что применение алгоритма PISO не воспроизводит динамику многократного отражения и фокусировки внутренних волн в стратифицированной жидкости во время взаимодействия с границами расчетной области. QHDFoam алгоритм, основанный на решении регуляризованных уравнений Навье–Стокса, дает результаты, близкие к данным спектрально-элементного метода высокого порядка, данные которого в этой работе считаются эталонными.

Математическое моделирование, 33, № 12, с. 3-20 (2021) | Рубрика: 17

 

Сергеев С.С. «Двумерная модель для расчета рабочего процесса двигателя с искровым зажиганием» Математическое моделирование, 33, № 12, с. 21-32 (2021)

Разработана двумерная модель рабочего процесса – программа «ПАР» (Предварительный Анализ Расчетов), предназначенная для предварительного планирования трехмерных численных расчетов рабочего процесса двигателей внутреннего сгорания. Модель базируется на решении уравнения сохранения энергии в частных производных на основе метода контрольных объемов с явным выделением фронта пламени. Предложен новый подход к моделированию распространения пламени в двигателе внутреннего сгорания, заключающийся в комбинации сеточного метода контрольных объемов и расчета видимой скорости пламени на основе экспериментальных данных (с учетом стадии развития очага пламени). В этом случае отпадает необходимость решения уравнения переноса импульса и компонентов газовой смеси для определения текущего положения фронта пламени. Таким образом, достоинствами данной модели являются быстрое выполнение счета и хорошая предсказательная способность. Дополнительно программа может применяться для предварительной проверки трехмерных расчетов, когда экспериментальные данные отсутствуют, а также для получения характеристики тепловыделения для нульмерных (термодинамических) моделей рабочего процесса.

Математическое моделирование, 33, № 12, с. 21-32 (2021) | Рубрика: 17

 

Воронин Ф.Н., Казаков Е.Д., Косарев О.С., Марков М.Б., Тараканов И.А. «Моделирование тока разряда конденсатора в потоке тормозного излучения ускорителя электронов» Математическое моделирование, 33, № 12, с. 33-48 (2021)

Рассмотрен физический эксперимент, выполненный для проверки математической модели генерации электронами тормозного излучения и образования электромагнитного поля при его рассеянии. В ходе эксперимента сильноточный ускоритель электронов облучал мишень-конвертор. Образовавшееся тормозное излучение генерировало поток электронов эмиссии и электромагнитное поле в герметичной камере. Разработана математическая модель измерительной цепи, использованной для экспериментального определения электрического тока в камере. Результаты физических и моделирующих их вычислительных экспериментов совпали с удовлетворительной точностью. Установлено, что необходимым условием подтверждения модели является учет измерительного оборудования в вычислительном эксперименте и использование для сравнения непосредственно измеряемых величин.

Математическое моделирование, 33, № 12, с. 33-48 (2021) | Рубрика: 17

 

Полянский И.С., Логинов К.О., Ильин Н.И., Великих А.С. «Математическая модель оценки информационного воздействия на электорат в социальных медиа при проведении выборных кампаний» Математическое моделирование, 33, № 12, с. 67-81 (2021)

Разработана математическая модель оценки информационного воздействия на электорат в социальных медиа при проведении выборных кампаний. Она основана на известных математических моделях информационного противоборства в структурированном социуме и отличается от них учетом стохастического характера в отношении интенсивностей распространения информации от внешних источников. Итоговая модель сведена к системе стохастических дифференциальных уравнений, понимаемой в смысле Ито. Оценка числа адептов и предадептов, отдающих в ходе выборной кампании предпочтения кандидату, задана выборочным средним, которое вычисляется определяемой из решения уравнения Фоккера–Планка–Колмогорова функцией плотности вероятности. Решение уравнения Фоккера–Планка–Колмогорова выполнено по предложенной численной схеме, основанной на проекционной постановке метода Галёркина. Приведены результаты моделирования в отношении тестовой задачи.

Математическое моделирование, 33, № 12, с. 67-81 (2021) | Рубрика: 17

 

Бойков Д.С., Ольховская О.Г., Гасилов В.А. «Моделирование газодинамических и упругопластических явлений при интенсивном энерговкладе в твердый материал» Математическое моделирование, 33, № 12, с. 82-102 (2021)

Разработаны комплексная компьютерная модель термомеханических явлений и методика сквозного моделирования процессов, возникающих в твердом материале в результате действия интенсивных потоков энергии. На примере расчета воздействия на полимерный материал обсуждается динамика нелинейных волновых процессов, приводящих к внутренним разрушениям в образце материала и откольным явлениям. Созданное программное обеспечение может быть использовано при анализе результатов интенсивных энергетических воздействий в инженерной практике, верификации моделей объёмных разрушений и отколов в хрупких материалах, а также валидации широкодиапазонных уравнений состояния.

Математическое моделирование, 33, № 12, с. 82-102 (2021) | Рубрика: 17

 

Повещенко Ю.А., Попов С.Б., Головченко Е.Н. «Разработка методики расчета течений в многоконтурных трубопроводных сетях» Математическое моделирование, 33, № 12, с. 103-122 (2021)

Работа посвящена разработке методики расчета нестационарного процесса течения сжимаемого флюида в трубопроводной сети на основе системы квазиодномерных (усредненных по поперечному сечению трубы) уравнений сохранения массы, энергии и импульса. Построена конечно-разностная схема и соответствующий алгоритм расчета, реализованный в программном компьютерном коде. Разностная схема обладает свойством консервативности с выполнением сеточных аналогов основных законов сохранения и удовлетворяет критериям устойчивости и монотонности решения. Предлагаемый метод решения состоит в сведении расчета течения в многоконтурной сети труб с большим количеством стыков и разветвлений к множеству трехточечных прогонок, осуществляемых независимо друг от друга на каждой трубе. Достоинством метода является возможность естественного распараллеливания процесса вычислений. В связи с этим метод является перспективным для использования в многопроцессорных системах. Приведены примеры численных расчетов по разработанной методике.

Математическое моделирование, 33, № 12, с. 103-122 (2021) | Рубрика: 17

 

Петров Н.И., Пустовойт В.И. «Малогабаритный интерферометр с резонаторами Фабри–Перо для обнаружения гравитационных волн» Физические основы приборостроения, 10, № 2, с. 12-25 (2021)

Предлагается настольный лазерный интерферометр небольшого размера с резонаторами Фабри–Перо, состоящими из двух пространственно-распределенных «зеркал», для обнаружения гравитационных волн. Показано, что спектральное разрешение 10–23 см–1 может быть достигнуто при расстоянии между зеркалами всего 1–3 м. Исследовано влияние поглощения света в кристаллах на предельное разрешение таких резонаторов. Показана более высокая чувствительность интерферометра к коротковолновому лазерному излучению. Предложен метод обнаружения гравитационных волн, основанный на измерении корреляционной функции для интенсивностей излучения резонансных мод ненулевого порядка от двух плеч интерферометра Маха–Цендера.

Физические основы приборостроения, 10, № 2, с. 12-25 (2021) | Рубрики: 17 18

 

Охрименко И., Кольчевский Н., Петров П. «Перспективные направления в области создания детекторов гравитационных волн» Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 24, № 3, с. 28-45 (2021)

Рассмотрены основные принципы детектирования гравитационных волн. Действующие детекторы гравитационной волны представляют собой модернизированный интерферометр Майкельсона – LIGO-детектор. Одна из технических задач LIGO-детектора – это подавление вибраций в системе и обеспечение высокой статичности отражающих зеркал. Предложено исследовать особенности LIGO-детектора с подвижными зеркалами. Разработано программное обеспечение LIGO-RM, моделирующее работу LIGO-детектора и позволяющее исследовать его параметры и возможности. Основной задачей моделирования является исследование сигнала детектора гравитационных волн с осциллирующими зеркалами. В программе имеется графический интерфейс, позволяющий интерактивно управлять характером движения отражающих зеркал и наблюдать изменения сигнала детектора. LIGO-RM моделирует наличие гравитационной волны заданного типа и позволяет наблюдать ее влияние на результат работы интерферометра LIGO в интерактивном виде и в виде численного результата. Выполнен ряд численных экспериментов, и показаны сигналы детектора при наличии и отсутствии колебаний зеркал. Обсуждаются результаты расчетов и возможность регистрации гравитационных волн с помощью LIGO-детектора с подвижными зеркалами.

Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 24, № 3, с. 28-45 (2021) | Рубрики: 17 18

 

Калашникова А.М., Хохлов Н.Е., Шелухин Л.А., Щербаков А.В. «Сверхбыстрое лазерно-индуцированное управление магнитной анизотропией наноструктур» Журнал технической физики, 91, № 12, с. 1848-1878 (2021)

Использование коротких лазерных импульсов, имеющих длительность менее 100 fs, для изменения магнитного состояния магнитоупорядоченных сред развилось в самостоятельное направление в физике магнетизма – фемтомагнетизм, целью которого является осуществление управления намагниченностью на рекордно коротких временах. Среди множества фемтомагнитных явлений можно выделить отдельный класс, связанный с влиянием фемтосекундных лазерных импульсов на магнитную анизотропию материалов и наноструктур, отвечающую за ориентацию намагниченности в них, частоты магнитных резонансов и распространение спиновых волн. Представлен обзор основных экспериментальных результатов, полученных в данной области. Рассмотрены основные механизмы, отвечающие за лазерно-индуцированное изменение различных типов анизотропии – магнитокристаллической, магнитоупругой, интерфейсной, анизотропии формы, и обсуждена специфика этих процессов в магнитных металлах и диэлектриках. Приведены примеры и обсуждены особенности изменений магнитной анизотропии в результате сверхбыстрого лазерно-индуцированного нагрева, воздействия лазерно-индуцированных динамических и квазистатических деформаций и резонансного возбуждения электронных переходов. Также обсуждены перспективы применения различных механизмов лазерно-индуцированного изменения магнитной анизотропии для реализации процессов, которые могли бы лечь в основу работы перспективных реальных устройств. Рассмотрены прецессионное переключение намагниченности для опто-магнитной записи информации, генерация высокочастотных и сильно локализованных магнитных возбуждений и полей для магнитной нанотомографии и гибридной квантовой магноники, а также управление распространением спиновых волн для оптически реконфигурируемой магноники. Кратко рассмотрены перспективы, которые открываются в исследованиях сверхбыстрых изменений магнитной анизотропии при переходе к использованию коротких лазерных импульсов инфракрасного и терагерцового диапазонов. Ключевые слова: магнитная анизотропия, фемтосекундные лазерные импульсы, фемтомагнетизм, пикосекундная акустика, прецессия намагниченности, спиновые волны, переключение намагниченности, магнон-фононная связь.

Журнал технической физики, 91, № 12, с. 1848-1878 (2021) | Рубрика: 17

 

Троицкий С.В. «Ограничения на модели происхождения астрофизических нейтрино высоких энергий» Успехи физических наук, 191, № 12, с. 1333-1360 (2021)

Существование астрофизических нейтрино с энергиями в десятки ТэВ и выше надёжно установлено экспериментом IceCube; получены первые подтверждения этого открытия на установках ANTARES и Baikal-GVD. Однако результаты наблюдений не вполне согласуются с тем, что ожидалось до начала этих экспериментов. Происхождение таких нейтрино на сегодняшний день окончательно не установлено, а простые теоретические модели, популярные на протяжении десятилетий, не могут объяснить всей совокупности наблюдательных данных. Приводится сводка экспериментальных результатов с акцентом на те из них, которые оказались наиболее существенными для ограничения теоретических моделей, обсуждаются особенности различных сценариев происхождения нейтрино высоких энергий и кратко перечисляются конкретные классы их потенциальных астрофизических источников. Показано, что наблюдательные данные находят своё объяснение, если поток астрофизических нейтрино включает вклад внегалактических источников, доминирующих при наиболее высоких энергиях, и галактическую составляющую, существенную только при энергиях нейтрино ≤100 ТэВ. Обсуждаются и другие возможные сценарии.

Успехи физических наук, 191, № 12, с. 1333-1360 (2021) | Рубрики: 17 18

 

Уруцкоев Л.И. «Путь, который мы прошли вместе с Анри Рухадзе» Инженерная физика, № 10, с. 3-26 (2021)

DOI: 10.25791/infizik.10.2021.1229

Инженерная физика, № 10, с. 3-26 (2021) | Рубрики: 03 17

 

Уруцкоев Л.И. «Путь, который мы прошли вместе с Анри Рухадзе» История науки и техники, № 11, с. 3-26 (2021)

DOI: 10.25791/intstg.11.2021.1320

История науки и техники, № 11, с. 3-26 (2021) | Рубрики: 03 17