Исследована возможность нанофрагментации материала в приповерхностных слоях на начальных стадиях процесса релаксации. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики.. Показано, что на начальном этапе процесса релаксации возможно формирование разориентированных наноблоков. Фрагментированная структура формируется в области локализованной деформации вблизи концентраторов напряжений и распространяется вглубь материала. Показано, что в области локализации деформации функция радиального распределения атомной плотности имеет вид размытых пиков, соответствующих пикам идеальной гранецентрированной кристаллической (ГЦК) структуры, а в области кристаллита, где локализация деформации не наблюдается, происходит расщепление пиков ГЦК-структуры, обусловленной деформационным нарушением симметрии. Полученные результаты дают возможность утверждать, что возможным механизмом релаксации внутренних напряжений в постнагруженных твердых телах является эффект нанофрагментации материала.

Исследуется роль поверхностного слоя в развитии пластической деформации на наноструктурном уровне в условиях динамического нагружения. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики. Показано, что начало процесса локализации деформации непосредственно связано с потерей структурной устойчивости в поверхностных слоях, формированием зон локализации на поверхности и их распространением вглубь материала. Этому предшествуют рассогласованные смещения атомов в приповерхностных областях. Полученные результаты согласуются с известными экспериментальными данными и наглядно подтверждают особую роль поверхностного слоя в формировании и развитии процессов пластической деформации материалов.

На основе дискретного моделирования исследованы особенности деформирования и разрушения материалов с большой долей границ раздела («interfacial materials») при воздействии сложных знакопеременных нагрузок. Анализировалось влияние частоты циклического воздействия на характер разрушения образцов, их деформируемость, способность диссипировать энергию нагружения, а также на распределение деформаций в объеме материала. Исследовалось изменение отклика интерфейсного материала при варьировании объемной доли границ раздела. Показано, что высокочастотные вибрационные воздействия с частотами, превосходящими собственные, могут значительно повышать деформационную способность и диссипативные характеристики материалов с большой долей границ раздела. Данный эффект может иметь место в предварительно нагруженных интерфейсных материалах самой разной природы, структурные элементы которых имеют характерные размеры от нанометров (наноструктурные материалы) до десятков и сотен метров (фрагменты геоплит).

В книге рассмотрены основные структурные характеристики некристаллических (жидких и аморфных) веществ, методы компьютерного моделирования систем с различным характером химической связи, в том числе металлов. солей, оксидов и т. по. Дан обзор методов моделирования некристаллических систем с использованием дифракционных данных о структуре. Проведен анализ топологических характеристик некристаллических систем. Исследованы возможности восстановления межчастичных потенциалов по структуре жидкого или аморфного тела и расчета термодинамических. структурных, диффузионных и других свойств веществ методами компьютерного моделирования.

Нанотехнология - это технология работы с молекулами. Прогнозируется, что ее развитие приведет к революционным успехам в медицине, электронике, информационных технологиях, энергетике и других областях человеческой деятельности. Данная монография является живым и образным введением в методов и задачи наноинженерии. В ней отражены сложности, возникающие при проектировании и конструировании вычислительных наноутсройств. Детально рассмотрены этапы развития этого нового направления в науке. Основное внимание уделяется методы направленных на исследование свойств атомных кластеров (которые, в свою очередь. являются основой для наноустройств). Приводятся полные сведения из области смежных фундаментальных наук (биологии, физики, химии, информатики и техники), необходимые для понимания излагаемого в работе материала. Книга будет полезна для студентов и специалистов по компьютерному моделированию и методам молекулярной физики.

В монографии рассмотрены новейшие информационные технологии и соотвествующие алгоритмы, предназначенные для анализа структуры сигналов и данных. Монография состоит из четырех разделов, подготовленных разными авторами. Однако содержание всех разделов имеет ряд общих объединяющих идей, главной из которых является интерпретация понятия измерения как отображения множества в число. При этом, в зависимости от контекста решаемой задачи, оговариваются свойства получаемых при анализе сигналов или данных, чисел.

В данной работе представлены результаты моделирования, которые позволяют сделать вывод о возможности покомпонентной закачки гелеобразующей композиции, позволяющей избежать гелеобразования вблизи ствола в горячих скважинах. Обычные методы закачки геля предусматривают закачку однородной композиции, когда смешивание компонентов производится на поверхности непосредственно перед закачкой или же на стадии производства гелеобразующей композиции. Это не всегда приемлемо, если процесс гелеобразования может начаться в стволе скважины и его окрестностях, а технология требует создания удаленного от скважины гелевого экрана. Представленная в работе модель описывает последовательную закачку в скважину различных растворов, которые при смешивании образуют гель под действием пластовой температуры. Смешивание растворов происходит в результате дисперсии жидкости и задержки ионов на матрице пласта в процессе фильтрации. Изменением объемов растворов компонентов и воды можно регулировать расстояние от скважины до гелевого экрана. Приведены результаты лабораторных экспериментов, подтверждающие теоретическое обоснование модели. Приведены практические расчеты для модели паронагнетательной скважины одного из месторождений Западной Европы.

На основе компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов исследовано поведение и особенности разрушения сложных структур при динамическом нагружении. Показана возможность эффекта аккумуляции упругой энергии, а также возможность существенного изменения характера разрушения в результате незначительных геометрических изменений исходной структуры.

В учебном пособии изложен материал по применению методов компьютерного моделирования для исследования физических систем. В каждой главе рассмотрена самостоятельная физическая задача, в ней содержится введение в суть проблемы, изложены рецепты и алгоритмы ее решения, дано описание рабочей программы на языке Фортран 90, а также приведены примеры ее использования. Рассмотренные задачи относятся к областям статистической физики и физики конденсированных систем, физики фракталов, перколяционных и хаотических явлений. Для более глубокого усвоения материала, к каждой главе прилагаются задачи и упражнения для самостоятельной работы. Для студентов, аспирантов и преподавателей физических, физико-химических специальностей, а также научных сотрудников.

Проведено компьютерное моделирование поведения межзеренной границы в образце алюминия в условиях высокоскоростного сдвигового нагружения. Расчеты проводились на основе метода молекуляной динамики в теории псевдопотенциала. Было обнаружено, что у условиях данного типа нагружения граница зерен может перемещаться с аномально высокой скоростью, превосходящей даже скорость приложенного сдвига. исследуются атомные механизмы, обусловливающие данный эффект.

В книге систематизированы и обобщены данные по изменению кинетических свойств вещества при кристаллизации и стекловании расплавов. Выполнены многочисленные компьютерные эксперименты по определению кинетических свойств при затвердевании, подобрана поправка к потенциалу межатомного взаимодействия. Основное внимание уделено затвердеванию металлов и ионных расплавов, особенно оксидов. Для сопоставления приведены данные по молекулярным жидкостям, инертным газам, полимерам. Книга представляет интерес для специалистов, занимающихся изучением затвердевания и кинетических свойств жидкостей, а также для исследователей металлургических расплавов.

Проведены экспериментальные исследования формирования дефектной структуры в тонком поверхностном слое стали 20Х18Н10Т в процессе изнашивания в паре трения. Показано, что пластическая деформация в стесненных условиях пары трения является неоднородной и носит вихревой ротационный характер. Для теоретического описания процессов формирования вихревых структур в многоуровневых поликристаллических структурах развит метод возбудимых клеточных автоматов. Численные эксперименты показали формирование ротационных мод деформации на различных структурно-масштабных уровнях — модуляцию значений локального момента силы вдоль межзеренных границ и фрагментацию исходных структурных элементов в исходных конгломератах самосогласованно деформирующихся зерен в поле моментных напряжений.

Нанокластеры, по своей структуре и свойствам, находятся в промежуточном состоянии между небольшими молекулами и массивным материалом. В данной монографии рассказано, как можно получить нанокластеры, описаны их основные физико-химические свойства и возможности управления ими с теоретической точки зрения, а также рассмотрены особенности применения метода рентгеновской спектроскопии поглощения для исследования некоторых типов нанокластеров. Монография снабжена конкретными примерами исследований геометрической и электронной структуры нанокластеров, которые были проведены в Научно-образовательном центре «Наноразмерная структура вещества» Южного федерального университета. Книга может быть полезной как студентам старших курсов и аспирантам, так и научным работникам, ведущим исследования в области нанотехнологий.

Монография посвящена актуальной проблеме, находящейся на стыке твердого тела и физической электроники, - проблеме изучения взаимодействия атомных частиц с твердым телом. Излагаются основные достижения, полученные в этой области методом компьютерного моделирования. Дается представление об уровне исследований, возможностях и проблемах компьютерного моделирования взаимодействия атомных частиц с твердым телом, а также об истории исследований в этой области. Для научных работников, преподавателей, аспирантов.

В учебном пособии рассмотрены вопросы, связанные с физикой сильноточных электронных пучков и их применением для генерации мощных импульсов рентгеновского излучения. Описаны основные процессы взаимодействия электронов и фотонов с мишенями, процессы генерации и тренспортировки сильноточных электронных пучков, магнитная изоляция и самоизоляция, методы компьютерного моделирования сильноточных пучков и рентгеновского излучения и современные источники рентгеновского излучения на основе сильноточных ускорителей.Программа разработана для подготовки магистров по направлению 510400 "Физика" программа (специализация) 510420 "Физика ускорителей".

В работе показана возможность изучения закономерностей поведения и диагностики структуры и свойств поверхностных слоев и покрытий на основе спектрального анализа акустических колебаний и силы сопротивления при трении. Исследования проведены на наноскопическом масштабе с использованием численного моделирования методом подвижных клеточных автоматов. Развита методика анализа упругих волн на основе обработки зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений, регистрируемых в определенной точке поверхности контртела. Идентифицированы основные пики на спектрах регистрируемых данных, обусловленные собственными частотами системы, геометрическими и адгезионными параметрами модели, а также шероховатостью взаимодействующих поверхностей. Показано, что спектры изменения давления в модели качественно подобны акустическим спектрам записи звука в реальном эксперименте. Теоретически обосновывается возможность применения трибоспектрального анализа на основе вычисления силы трения для диагностики неоднородностей и несплошностей наноскопического масштаба в поверхностном слое толщиной до 100 нм. Результаты изучения показали возможность оценки ряда параметров наноскопических несплошностей, таких как характерный пространственный период их расположения и линейные размеры. Обсуждаются области применения предложенного подхода как перспективного неразрушающего метода исследования поведения и диагностики структуры и поврежденности покрытий и поверхностных слоев наноскопической толщины.

Описан подход к моделированию экзотермических химических реакций, основанный на концепции клеточных автоматов. Для анализа адекватности подхода приведены результаты моделирования процесса распространения фронта реакции при самораспространяющемся высокотемпературном синтезе в системе Ni-Al. Показано хорошее согласие между модельными и экспериментальными зависимостями скорости движения фронта и максимальной температуры горения от температуры начального прогрева порошковой смеси. Сделан вывод о необходимости явного учета кинетики реакции, в частности растекания жидкой фазы, для корректного описания влияния пористости на протекание экзотермической реакции.

Представлена математическая модель процесса индукционного нагрева детали, построенная на основе метода классических клеточных автоматов. Создана компьютерная программа, реализующая данную модель. Приводятся результаты сравнения картины тепловых полей, наблюдаемых в эксперименте, и модельных данных. Рассматривается возможность использования модели для решения задачи синтеза алгоритмов управления оборудованием и конфигурации индуктора.

Первое издание справочника по нанотехнологиям. выпущенное крупнейшим немецким издательством "Шпрингер" в 2004 году, заявило о себе как об основном источнике информации в области научных знаний о нанотехнологиях. Справочник объединяет сведения по технология, механике. материаловедению и надежности. Второе издание увеличилось с 6 до 8 частей, с 38 до 58 глав. Первая часть - введение в наноструктуры и технологии изготовления микро- и наноструктур. включая используемые при этом методы и материалы. Вторая часть справочника посвящена МЭМС/НЭМС и БиоМЭМС/БиоНЭМС приборам. Различные типы сканирующей зондовой микроскопии рассмотрены в третьей части. Четвертая часть посвящена обору нанотрибологии и наномеханики. Обзор смазок на пленках молекулярной толщины представлен в пятой части справочника. Шестая часть знакомит читателя с некоторыми применениями нанотехнологий в промышленном масштабе. седьмая сфокусирована на надежности микроприборов. И, наконец, последняя посвящена технологической конвергенции, которую несут с собой нанотехнологии, в ней также рассмотрены социальные, этические и политические последствия нанотехнолоий. Предметный указатель приведен в конце третьего тома. Книга подготовлена опытным редактором и написана командой из 150 известных международных экспертов. Она адресована инженерам-механикам и инженерам-электрикам. специалистам по материаловедению, медикам и химикам, которые работают в области нано-, или в областях, так или иначе связанных с этой новой важнейшей технологией.

Данное издание содержит незаурядное толкование статистических концепций в том объеме, в каком они влияют на теоретическую физику и формируют основу современной термодинамики. Обширный набор представленных тем позволяет составить лекции по самым разным вопросам: от термодинамики и случайных матриц до термодинамических функций Грина и критических экспонент, от распространения звука в твердых телах и жидкостях до природы квазичастиц в квантовых жидкостях и переходных матрицах. Будучи пронизанной духом, далеким от менторского, а по стилю приближаясь скорее к дружеской беседе. нежели к учебному курсу, эта книга являет собой отличный инструмент, позволяющий разжечь интерес у студентов и молодых исследователей к этой области науки.

В настоящий сборник включены материалы, представленные на международную конференцию "Фазовые переходы, критические и нелинейные явления в конденсированных средах". Материалы воспроизведены с авторских оригиналов, в связи с чем Оргкомитет семинара не несет ответственности за допущенные опечатки и стилистические погрешности.

Книга профессора Кембриджского университета Роберта У. Кана (1924-2007) "Становление материаловедения" рассказывает о возникновении физического материаловедения, главным образом в США и странах Европы, о его формировании и развитии, о методах и основных исследовательских направлениях. Книга написана увлекательным языком, содержит биографии ряда исследователей и сведения об обстоятельствах появления ряда замечательных научных достижений и открытий. Для студентов, аспирантов и преподавателей, специализирующихся в области физики твердого тела, химии твердого тела, физического материаловедения, нанотехнологий и смежных дисциплин.

Излагается современная теория вязкопластических течений, сформировавшаяся в течение ХХ в. в самостоятельный раздел гидромеханики и механики деформируемого твердого тела. Наряду с классическими постановками начально-красных задач и точными стационарными решениями подробно рассмотрены новые направления в исследовании вязкопластических течений. Эти новые направления - нестационарные и переходные режимы, динамический хаос, гидродинамическая устойчивость, перемешивание - быстро развиваются благодаря прогрессу в компьютерном моделировании. Для специалистов по механике сплошной среды, научных сотрудников, аспирантов, студентов, изучающих гидромеханику и механику деформируемого твердого тела.

В монографии разработаны и представлены: физическая модель распространяющегося в объеме г.ц.к. кристалла единичного кристаллографического скольжения, методика моделирования на ЭВМ расширения связанной с этим скольжением замкнутой дислокации, алгоритмы и программы, позволяющие методами имитационного компьютерного моделирования воспроизводить, исследовать и описывать элементарное скольжение как единый целостный процесс. В формулировке дислокационной микромеханики это соответствует моделированию действия дислокационного источника и процесса двухмерного расширения замкнутой планарной дислокационной петли, образующей фронт элементарного скольжения. Книга будет полезна специалистам, ведущим исследования в области физики прочности и пластичности с использованием методов математического моделирования, а также студентам и аспирантам соответствующих специальностей. Отдельные ее разделы могут быть использованы в курсе "Компьютерное моделирование в физике".

В предлагаемой читателю книге известных авторов: профессора Карал К. Коча (США), доктора физико-математических наук Ильи Овидько (Россия), профессора Судипты Сила (СШЩА) и профессора Стэна Вепрека (ФРГ) на теоретическом и прикладном уровнях излагаются фундаментальные основы нанотехнологических процессов и структурных состояний объемных наноматериалов, нанокомпозитов и покрытий. В книге рассматриваются области применения массивных наноматериалов в несущих конструкциях, анализируется стабильность нанокристаллических микроструктур и описываются методы, используемые для изучения их строения. Исследованы закономерности и особенности изменения механических и функциональных свойств наноматериалов и возможных областях применения. Представляются теоретические модели структур нанокристаллических материалов и обсуждаются механизмы их поведения при различных видах нагружения. Книга, содержащая новейшие сведения о свойствах наноматериалов, проблемах и х освоения и перспективах решения, несомненно, полезна студентам, аспирантам, ученым и инженерам, занимающихся разработкой и использованием наноматериалов в различных областях техники.

Монография посвящена исследованию структуры и свойств интерметаллида Ti3Al, который является важной составляющей ряда многофазных сплавов, перспективных для применения в аэрокосмической промышленности в качестве жаропрочных и жаростойких материалов. Уникальные природные свойства алюминидов титана - низкая плотность, высокая температура плавления, стабильные модули упругости и повышенные прочностные характеристики - обусловливают постоянно растущий интерес к этим интерметаллидам, связанный с решением фундаментальных и технологических проблем. Систематизирован богатый литературный материал и итоги комплексного (экспериментального и теоретического) изучения механических свойств, дислокационной структуры, особенностей разрушения монокристаллического Ti3Al в широком интервале температур. Предложен общий подход к объяснению закономерностей деформационного поведения исследуемого интерметаллида на основе анализа структуры ядра свехдислокаций. Особое внимание обращается на взаимосвязь между наблюдаемыми температурными аномалиями механических свойств и дислокационными превращениями. Приоритетные результаты компьютерного моделирования структуры ядра скользящих и заблокированных конфигураций сверхдислокаций получены с использованием метода молекулярной динамики. Этот перспективный способ применяется авторами также для оценки критерия хрупкого разрушения Ti3Al из анализа соотношения конкурирующих процессов: склонности материала к сколу и пластической релаксации напряжений вблизи вершины трещины. Книга предназначена для научных работников и инженеров, занимающихся разработкой и изучением интерметаллидов и сплавов на их основе, а также преподавателей, аспирантов, магистров и студентов старших курсов, изучающих современные методы исследований в материаловедении, в том числе моделирование атомной структуры реальных кристаллов. Материалы, которые вошли в монографию, частично использовались в курсе лекций для магистров физико-технического факультета УГТУ-УПИ.

В монографии изложен новый подход к повышению эффективности и оптимизации производства товарных бензинов с использованием компьютерных интеллектуальных систем, основанных на физико-химических, технологических закономерностях этих процессов и фактических данных по эксплуатации действующих промышленных установок. Посредством физико-химического анализа и компьютерного моделирования кинетики процесса с учетом экспериментальных данных с различных НПЗ показано решение проблем тестирования катализаторов с учетом состава сырья и технологических особенностей производства, определения оптимального уровня кислотной и металлической активности Pt-контакта, стабилизации технологических режимов и прогнозирования срока регенерации катализатора. Предложена модель процесса компаундирования товарных бензинов на основе расчета интенсивности межмолекулярных взаимодействий компонентов смеси и установлена эффективность совместной оптимизации технологической и производственной стадий НПЗ. В заключение приведено описание "Тренинг-системы" по аварийным и эксплуатационным ситуациям на НПЗ. Книга предназначена для инженерно-технического персонала нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, а также в качестве учебного пособия для студентов химико-технологических специальностей вузов.

В статье рассматривается применение темогеля ГАЛКА при пароциклических обработках (ПЦО) нефтедобывающих скважин. Представлен анализ эффективности ПЦО в зависимости от начальной обводненности продукции скважины. Приведены результаты применения темогеля ГАЛКА при ПЦО скважин пермо-карбоновой залежи высоковязкой нефти Усинского месторождения, республика Коми. На основе анализа промысловых данных сделаны выводы об оптимальном количестве термогеля и схеме его применения. Приведено описание компьютерной программы для расчета необходимого количества термогеля ГАЛКА.

В сборнике опубликованы доклады участников научной конференции по фундаментальным и прикладным проблемам гидрогеохимии осадочных бассейнов. Основное внимание уделено вопросам взаимодействия воды с горными породами и органическим веществом, нефтегазовой гидрогеологии, водоносным системам как аренам катагенеза горных пород, процессам осадочного рудообразования, гидрогеохимической зональности, физико-химическому моделированию, геохимии и формированию состава вод, гидрогеологии артезианских бассейнов и экологической гидрогеохимии.