Сборник содержит расширенные тезисы докладов, представленных на Международной научно-практической конференции по перспективным композиционным материалам (NC'04): "Нанокомпозиты-2004", г. Сочи, Россия, 27.03.04-01.10.04. Авторы статей являются международными экспертами в области научных исследований, производства и применения новых и перспективных композиционных материалов. Работы отражают современное состояние проблемы и выявляют наиболее перспективные направления в развитии материалов и технологий. Конференция была поддержана Международным научно-техническим центром (МНТЦ), Институтом химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, Всероссийским институтом авиационных материалов (ВИАМ), Федеральным центром двойных технологий "Союз", Центральным научно-исследовательским институтом специального машиностроения (ЦНИИСМ), ОАО НПО "Искра" и Mach I, Inc.

Можно ли создать формализованный аппарат термодинамики, в том числе и для самоорганизующихся систем, как раздала теоретической физики, соответствующий сегодняшнему пониманию протекающих неравновесных и нелинейных процессов в открытых системах с хаотической динамикой? В монографии излагаются проблемы математического и численного моделирования нелинейных процессов в открытых физико-химических локально-неравновесных системах с фазовыми переходами и самоорганизацией, которые ранее методами классической термодинамики не могли быть решены. Эти задачи на основе принципа локального неравновесия позволяют на феноменологическом уровне в рамках хаотической динамики описать возникновение и эволюцию гомо- и гетерофазных флуктуаций, ответственных за возникновение новых структур. Учитываются трудно формализуемые потери энергии, последействие и релаксация, которые приводят к бифуркационным явлениям, забыванию начальных условий и, как следствие, - необратимости. эффективность разработанного термодинамического подхода проверена на задачах в системах с процессами переноса энергии, массы, импульса и заряда при наличии источников и стоков, межфазного слоя с испарением и конденсацией, химическими реакциями и некоторых задачах нерегулярной динамики, включающих самоорганизацию, в биофизике и медицине. Книга может быть полезна как специалистам в области термодинамики сплошных сред, гидродинамики, синергетики, так и студенческой аудитории, в частности магистрам, специализирующимся в области термодинамик и реальных процессов.

Цель работы, представленной в настоящей монографии, - создание математических моделей для хроматографических методов анализа, которые позволяли бы проводить расчеты, детально отражающие или предвосхищающие натурные эксперименты. Такое математическое моделирование должно опираться на надежные теоретические подходы, оперирующие объективными характеристиками и параметрами, взятыми из фундаментальной теории, так и на хорошее знание практики рассматриваемых видов хроматографии. Поэтому наряду с изложением теоретических подходов и моделей в книге приводятся необходимые сведения о принципах, техническом устройстве и особенностях методов аналитической хроматографии. В монографии развиваются теоретические подходы к описанию хроматографических процессов, механизм селективности которых обусловлен вандерваальсовыми взаимодействиями. Рассмотрены общие вопросы теории высокоэффективной хроматографии и ее детально проработанные приложения для методов газовой и жидкостной хроматографии. Новизна материала во многом обусловлена применением теории обобщенных зарядов, а также некоторыми новыми подходами в области феноменологии процессов адсорбции и конкурентной сорбции. Вопросы, затронутые в работе, относятся к ключевым областям физической и аналитической химии. Книга предназначена для научных работников, занимающихся сорбционными процессами, адсорбцией, хроматографией, методами математического моделирования в химии. Методики расчетов могут быть полезны для научных и аналитических лабораторий, работающих в области экомониторинга, в фармацевтической, пищевой, нефтяной и газовой промышленност. Книга представляет интерес для студентов, аспирантов, сотрудников и преподавателей химических кафедр и лабораторий университетов.

Книга содержит доклады российских и зарубежных авторов, представленные на Седьмую международную конференцию по генерации мегагауссных магнитных полей и родственным экспериментам (Саров, 5-10 августа 1996 г.). Доклады отражают современное состояние исследований по экспериментальным методам получения сверхсильных магнитных полей, в том числе методом взрыва, созданию взрывных магнитокумулятивных генераторов электромагнитной энергии, лайнерным системам для термоядерного синтеза, сильноточным коммутаторам, применению сверхсильных магнитных полей и взрывных генераторов электромагнитной энергии в физике плазмы, физике твердого тела и других областях науки и техники. Представляет интерес для научных работников и инженеров, работающих в области импульсной энергетики и физики высоких плотностей энергии, и может быть использована в качестве пособия аспирантами и студентами старших курсов физических и физико-технических факультетов.

Описана математическая модель каркаса аппарата внешней фиксации «Универсал», который рассматривается как упругая пространственная стержневая система и рассчитывается методом конечных элементов. Разработанная модель учитывает предварительное натяжение спиц и позволяет рассчитывать жесткость каркасов в различных вариантах сборки при действии любых нагрузок. Для проверки адекватности математической модели приводятся экспериментально полученные данные.??.

Дается общая характеристика данной проблемной области, вводятся основные понятия и определения, приводится классификация моделей и методов. Рассматриваются отдельные направления теории интеллектуальных систем: представление знаний, логический вывод на знаниях, языки общения, понимание текстов, модели обучения, планирование действий и обработка зрительной информации. Для специалистов в области управления, информационных систем и вычислительной техники, использующих методы искусственного интеллекта.

Предложен метод математического моделирования процессов деформирования и разрушения материалов с упрочняющими покрытиями различной физической природы. Показано, что при импульсном динамическом нагружении в качестве упрочняющих покрытий целесообразно использовать градиентные материалы, благодаря их уникальной способности трансформировать падающий импульс (ослаблять, задерживать во времени, перераспределять по объему материала в нужном направлении и прочее). Разработанная математическая модель позволяет рассчитывать материал покрытия, обеспечивающий конструкции эффективную защиту при конкретных условиях нагружения.

В рамках математической модели самораспространяющегося высокотемпературного синтеза интерметаллического соединения Ni3Al в режиме теплового взрыва порошковой смеси чистых элементов рассмотрено влияние процесса зародышеобразования интерметаллической фазы на поверхностях раздела никеля с алюминием на температуру и время воспламенения порошковой смеси. Исследована зависимость скорости образования интерметаллида от дисперсности никелевых частиц порошковой смеси и мощности внешнего источника нагрева.

С применением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получены композиционные порошки «карбид титана – связка из высокохромистого чугуна или быстрорежущей стали Р6М5». Электронно-лучевые покрытия, наплавленные синтезированными порошками, исследованы методами металлографии и рентгеноструктурного анализа. Обсуждено влияние микроструктуры и фазового состава, а также объемного содержания и морфологии карбидной фазы в наплавленных покрытиях на их твердость и абразивную износостойкость.

Предложена термомеханическая модель, основанная на физических представлениях о движении континуума дислокаций, а также модель зарождения и распространения пластических сдвигов для описания "медленных" течений типа полос Людерса. Проведены двумерные расчеты распространения полос Людерса при различных скоростях и температурах деформирования образца из стали марки HSLA-65 при сжатии. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.

В работе исследуются процессы деформации и разрушения материалов с покрытиями различной толщины. Краевая задача механики решается численно методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Для описания механического отклика стальной подложки и боридного покрытия используются модели упругопластической среды с изотропным упрочнением и упруго-хрупкого разрушения соответственно. Геометрия границы раздела «покрытие - подложка» соответствует экспериментально наблюдаемой и учитывается в расчетах явно. Проведены серии численных экспериментов при варьировании толщины покрытия. Показано, что в пределах тонкого поверхностного слоя (около 80 мкм) концентрация напряжений вблизи границы раздела «покрытие - подложка» увеличивается при уменьшении толщины покрытия, т.е. по мере приближения данной границы к свободной поверхности образца. Установлено, что данный эффект проявляется уже на упругой стадии и усиливается по мере развития пластической деформации в подложке.

На основе дискретно-континуального описания проведено численное моделирование поведения пар трения, состоящих как из одинаковых, так и из существенно разнородных материалов. Отмечено образование «квазижидкого» слоя в парах из разнородных материалов в две стадии, первая из которых характеризуется образованием «сгустков», перемежающихся разреженными областями. Периодически меняющееся давление изменяет эффективный коэффициент трения, но амплитуда колебаний слабо сказывается на его значении. Сравнение результатов моделирования, полученных дискретно-континуальным и дискретным методами, показывает, что комбинированный метод позволяет объединить преимущества континуального и дискретного описаний и избежать их основных недостатков.

В работе проведено численное исследование деформации и разрушения мезообъема композиционного материала Al + Al2O3 при растяжении и сжатии. Иерархическое моделирование подразумевает введение различных моделей для описания механического поведения пластичной матрицы и хрупких керамических включений: упруго-пластическая формулировка с учетом деформационного упрочнения и модель растрескивания, использующая критерий разрушения типа Хубера, соответственно. Критерий учитывает различия в критических величинах для разных типов локальных состояний: растяжение и сжатие. Показано, что комплексное механическое поведение мезообъема композита как целого контролируется взаимосвязанными процессами формирования полос локализованного сдвига в матрице и растрескивания включений. Применительно к структурно-неоднородной среде предложенный критерий наибольшей интенсивности касательных напряжений позволяет правильно описать направление распространения трещин при отрыве для разных способов нагружения (растяжение, сжатие).??.

В течение последних нескольких десятилетий наблюдается смещение к полюсу таких элементов общей циркуляции атмосферы, как ячейка Гадлея и штормтреки. На основе результатов численного моделирования динамики климата с использованием идеализированной модели климатической системы показано, что тенденция к смещению штормтреков Северного полушария в условиях потепления климата (по сценарию RCP-8.5) к полюсам будет продолжаться. Обсуждаются также другие особенности динамики общей циркуляции в условиях меняющегося климата, обнаруженные в ходе численного эксперимента.

Определены состав и структура геоинформационного обеспечения задач мониторинга окружающей среды и климата. Рассмотрены требования к формированию базы данных, позволяющей накапливать разнородную информацию, получаемую в результате междисциплинарных исследований объекта мониторинга. Описана модульная структура геоинформационной системы, базы данных и рассмотрен состав программного обеспечения и системы основных и тематических цифровых карт исследуемых территорий. Обсуждаются вопросы обработки космических снимков и создания комплекса прикладных программ моделирования я в составе геоинформационного обеспечения комплексного мониторинга и использования результатов численного моделирования.

В работе приведены результаты исследования структуры и трибологических свойств композиционных покрытий «диборид титана – металлическая связка», полученных методами электронно-лучевой наплавки, газопламенным напылением и напылением с последующим оплавлением электронным лучом. Показано, что покрытия, полученные электронно-лучевой наплавкой, обладают более высокими значениями износостойкости при абразивном изнашивании и износе в парах трения.

Исследованы триботехнические характеристики композиционных покрытий, полученых методом электронно-лучевой наплавки на основе азотсодержащей хромомарганцевой стали с карбонитридами титана. Показано, что с ростом содержания карбонитридов титана в матрице Х20АГ20 абразивная износостойкость возрастает. При испытании по схеме "вал - две плоские колодки" при комнатной температуре исследуемые покрытия с увеличением в них доли карбонитридов титана показывают более высокую износостойкость. Дополнительная термическая обработка покрытий улучшает их триботехнические характеристики и увеличивает диапазон допустимых скоростей скольжения и удельных нагрузок.

Изложены основы термодинамического моделирования процессов; исследования кинетики выщелачивания; восстановления железа из его соединений; электролиза растворов и расплавов солей; синтеза и разложения пентакарбонида железа. Рассмотрены методы измерения вязкости, поверхностного нтяжения и плотности расплавов. Представлены методы контроля свойств порошков, Основное внимание уделено получению железного порошка хлоридным способом, оптимизации выщелачивания примесей кремния и марганца из порошков технических марок. Дан анализ гидродинамических и физико-химических взаимодействий, протекающих при диспергировании железоуглеродистых расплавов энергоносителями и восстановлении порока-сырца. Рассмотрены особенности восстановления железа из его оксидов твердым углеродом и газами. Приведены обобщенные данные работ других авторов по синтезу и разложению пентакарбонида железа, электролизу растворов и расплавов солей, содержащих железо. Книга предназначена для специалистов в области порошковой металлургии и может быть использована в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по специальности "Порошковая металлургия и композиционные материалы".

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.

Теоретически и экспериментально изучен характер структурно-фазовых превращений в поверхностном слое инструментальной металлокерамики "карбид титана-никель-хромовая связка" при электронном облучении. Математически проанализировано термическое влияние электронного облучения на структуру приповерхностного слоя композиционного материала дисперсного строения, проведены количественные оценки глубины зоны структурно-фазовых превращений. Экспериментально исследованы микроструктура и концентрационный профиль распределения титана в металлическом связующем после импульсного электронного облучения.

Обсуждается проблема учета вращения в рамках метода частиц. Показано, что учет поворота либо как самостоятельной степени свободы, либо через вращение окружения позволяет в рамках метода подвижных клеточных автоматов корректно описывать классическую сплошную среду. Для того чтобы описывать более сложные среды, например микрополярные, нужно реализовать оба способа учета поворота, при этом самостоятельную степень свободы рассматривать как независимый поворот. Ключевые слова: моделирование, метод частиц, механическое движение, вращение.

Предложена и исследована двумерная модель синтеза покрытия на подложке в условиях регулируемого нагрева, учитывающая кинетические и тепловые явления. В качестве модельной системы покрытия выбрана смесь порошков Ti и Ni, в качестве подложки - сталь. Система химических реакций записана в соответствии с диаграммой состояния Ti-Ni. В модели учитывается, что химические реакции тормозятся слоем продукта. Задача решена численно. Определены распределения температуры и концентраций элементов и соединений в различные моменты времени для различных условий синтеза. Показано, что при любой организации процесса синтезированный материал оказывается химически неоднородным.

Представлены основные положения моделирования систем на различных иерархических уровнях строения вещества по схеме "снизу вверх" (атомная структура, молекулы, супрамолекулярные системы и нанокластеры) и рассмотрены взаимодействия частиц на таких уровнях. Систематизированы основные методы вычислительной нанотехноогии: квантовомеханические расчеты "из первых принципов" и методы, основанные на положениях молекулярной динамики и моделях Монте-Карло. Изложены способы молекулярной самосборки и методы многомасштабного моделирования материалов и процессов. Приведен обзор программного обеспечения моделирования наносистем. Для студентов вузов и специалистов в области вычислительной нанотехнологии.

Обсуждаются методика и результаты численного анализа внутренних напряжений и деформаций в дисперсно-наполненном полимерном материале при изменении его температуры, когда матрица и включения имеют различные теплофизические свойства. Пространственно-временные распределения температуры определяют постановку задач на мезоуровне, где рассматривается представительный объем (мезообъем) материала как матрица с относительно небольшим числом включений. Анализ детального распределения напряжений и деформаций в окрестности включения позволяет сформулировать утверждение, что одной из причин образования межфазного слоя на границе "матрица-включение" могут служить возникающие особенности напряженно-деформированного состояния. Этим же обстоятельством можно объяснить существенные расхождения получаемых теоретических макрохарактеристик высоконаполненного полимерного композитного материала с их экспериментально полученными значениями.

Очередной выпуск межвузовского сборника содержит статьи, посвященные разработке и развитию современных математических моделей и методов решения широкого круга задач механики деформируемого твердого тела, включая задачи исследования деформирования и разрушения материалов и конструкций при различных физико-механических воздействиях, в частности, нелинейные и нестационарные задачи оболочечных конструкций, задачи нестационарного взаимодействия сред и конструкций. В статьях отражены теоретические и экспериментальные исследования, математические модели, вопросы алгоритмизации и компьютерного моделирования физико-механических процессов, методология оптимального проектирования несущих конструкций с учетом различных критериев и ограничений.

Очередной выпуск межвузовского сборника содержит статьи, посвященные разработке и развитию современных математических моделей и методов решения широкого круга задач механики деформируемого твердого тела, включая задачи исследования деформирования и разрушения материалов и конструкций при различных физико-механических воздействиях, в частности, нелинейные и нестационарные задачи оболочечных конструкций, задачи нестационарного взаимодействия сред и конструкций. В статьях отражены теоретические и экспериментальные исследования, математические модели, вопросы алгоритмизации и компьютерного моделирования физико-механических процессов, методология оптимального проектирования несущих конструкций с учетом различных критериев и ограничений.

Изучено влияние состава материала, давления прессования и температуры спекания на фазовый состав, плотность, прочность и электрическое сопротивление пористых проницаемых элементов систем TiC-Al2O3, и TiC-ZrO2 TiC-TiO2.

Рассмотрены вопросы, связанные с технологической и технико-экономической оценки применяемых мероприятий по повышению эффективности разработки нефтяных месторождений. Изложены некоторые методы математического моделирования и численных исследований, применяемых при проектировании и регулировании процесса разработки. Представлены работы, в которых освещены результаты расчетов и экспериментальных исследований физико-химического состояния углеводородных систем. Показана возможность существенного увеличения конечного коэффициента нефтеотдачи и улучшения технико-экономических показателей и разработки. Рассмотрены варианты разработки, отличающиеся характером освоения нагнетательных скважин. Затронуты проблемы освоения и исследования скважин. Показаны особенности применения автоматизированной проектирующей системы. Даны рекомендации по совершенствованию методов оценки эффективности разработки малопродуктивных месторождений. Выводы и рекомендации авторов направлены на развитие методологии изучения процессов, происходящих в нефтяном пласте, и способствуют научно-техническому прогрессу в отрасли.