В настоящей книге моделирование и классификация наноструктур рассматриваются на основе построения динамической вероятностной модели взаимодействия измерительного прибора и измеряемого объекта. Показано, что характер этого взаимодействия определяется четырехзначной логикой, приводящей к бесконечномерной стохастической матрице — хранилищу информации о результатах квантовых измерений. Исследуется возможность квантового анализа структуры атомов и размеров нанообъектов, а также дедуктивного построения Периодической системы элементов с учетом принципов гармоничной самоорганизации на основе матриц квантовых измерений. Приведены примеры применения мультимедийного комплекса «Квартика», предназначенного для анализа атомных и наноструктур на основе четырехзначной логики измерений. Книга рассчитана на инженеров-исследователей, специализирующихся в области наноматериаловедения ; может быть интересна студентам и аспирантам.

Начально-краевые задачи, рассмотренные в книге, описывают неустановившиеся электромагнитные поля, формируемые компактными, волноводными и периодическими открытыми резонаторами. Набор объектов анализа (неоднородности регулярных волноводов, решетки, диэлектрические и металлические рассеиватели в свободном пространстве, излучатели импульсных волн), разработанные методы и вычислительные схемы, полученные математические и физические результаты представляют, по мнению авторов, ту основу, на которой возможно построение современной теории резонансного рассеяния несинусоидальных волн. Актуальность создания такой теории предопределяют перспективы практического использования сигналов различной длительности, потребность в надежной модельной проработке проектируемых узлов и устройств импульсной радиотехники, постоянно ощущающийся недостаток в достоверных качественных и количественных характеристиках процессов формирования, излучения, распространения и рассеяния импульсных и монохроматических электромагнитных волн. Для аспирантов и исследователей, работающих в области теоретической и прикладной радиофизики, антенной и волноводной техники. Для студентов, специализирующихся в области прикладной математики и вычислительной физики.

Монография посвящена современным методам применения нейронных сетей к различным задачам математического моделирования, включая стандартные и нестандартные задачи математической физики. Большинство методов и алгоритмов разработано авторами и обладает приоритетной новизной. Данная методология существенно сокращает трудоемкость моделирования процессов и явлений в технических системах и позволяет инженеру-исследователю самостоятельно решать задачи, ранее доступные только научным коллективам, включающим квалифицированных специалистов по вычислительной математике.

Большая длительность (до 7-10 лет) и высокие финансовые затраты современных экспериментальных подходов к формированию энергетических и эксплуатационных свойств материалов для изделий ракетно-космической техники стимулируют более активное использование методов физического моделирования и компьютерных технологий их реализации. В сообщении анализируются перспективы и способов применения этих методов для решения задачи формирования механических характеристик указанных высокоэнергетических материалов. В качестве теоретической базы используются принципы механики структурно-неоднородных сред. Формулируется физическая постановка и дается характеристика объекта исследований.

Сообщение является продолжением работы и посвящено проблеме совершенствования технологии формирования механических характеристик высокоэнергетических наполненных полимерных систем (ВНПС) с использованием активно развивающихся методов физического и математического моделирования, позволяющих установить взаимосвязь рецептурного состава и структурных параметров с реализованными эксплуатационными характеристиками.

В работе предложен комплексный подход к созданию многоуровневой структуры в поверхностных слоях металлокерамических материалов на основе импульсного электронно-лучевого воздействия. Данный подход включает в себя построение моделей неравновесных процессов формирования многоуровневых структурно-фазовых состояний в поверхностном слое композита, теоретическое изучение влияния сформировавшейся в результате электронно-лучевой обработки структуры на прочностные и деформационные характеристики, а также характер разрушения поверхностного слоя, и экспериментальную верификацию результатов теоретических исследований. Предварительные результаты применения комплексного подхода продемонстрировали важную роль формирования многомасштабной структуры в поверхностных слоях металлокерамических сплавов в повышении служебных характеристик образцов, в частности их износостойкости. Обсуждаются преимущества использования импульсного электронно-пучкового облучения с высокой плотностью мощности и достаточно большим числом импульсов для формирования многомасштабных структур в твердых сплавах.

Рассмотрены основные особенности эффекта дальнодействия в металлах и сплавах при ионной имплантации. В качестве иллюстративного материала приведены результаты электронно-микроскопического исследования дислокационных структур, формирующихся в меди при высокодозовой ионной имплантации. Величина эффекта дальнодействия определяется микроструктурой исходного состояния мишени и структурно-фазовым состоянием, формирующимся в легируемом поверхностном слое. Предложена математическая модель формирования дефектной структуры в подслое, находящемся непосредственно под легируемым поверхностным слоем облучаемой мишени. Результаты проведенных на основе предлагаемой модели вычислений соответствуют экспериментальным данным.

Представлены сведения об основных параметрах математических моделей горения материалов в различных режимах. Впервые показано, что учет термодинамических и кинетических характеристик фазовых переходов, сопровождаемых химическими реакциями, позволяет объяснить и описать особенности горения материалов, а также их отличие от горения газовых смесей и перехода горения в детонацию. Для инженеров и научных работников, специализирующихся в области физики и теории горения и взрыва.

В работе получено точное аналитическое решение сопряженной задачи о диффузионном взаимодействии двух веществ, представленных как две полубесконечные твердофазные среды. Математическая модель описывает известный факт, что причиной возникновения напряжений и деформаций в диффузионной зоне является не только отличие атомных объемов веществ, но и различие в их парциальных коэффициентах диффузии. Проиллюстрировано, что характер и величина напряжений и деформаций определяются упругими свойствами и атомными объемами взаимодействующих компонентов.

В работе решена задача о полной диффузионной гомогенизации образов двух металлов конечной толщины. В частном случае, когда толщина одного из образов мала, найдено приближенное аналитическое решение задачи. Численный анализ позволил построить распределение концентраций компонентов, относительного изменения объемов образов, а также напряжений и деформаций в различные моменты времени. Найдены зависимости времени полной гомогенизации и относительного изменения объема от отношения толщин исходных образцов.

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.

В рамках модельных представлений о структуре порошковой смеси алюминия с никелем построена математическая модель высокотемпературного синтеза алюминида никеля Ni3Al в режиме теплового взрыва в соответствии с равновесной диаграммой состояния системы алюминий - никель и на основе уравнений диффузной кинетики образования интерметаллических соединений на границе раздела компонентов в условиях непрерывного нагрева системы внешним источником энергии. Проведены численные расчеты основных характеристик процесса теплового взрыва в системе алюминий-никель в зависимости от дисперсности никелевой компоненты исходной порошковой смеси стехиометрического состава.

Целью книги является построение модели геострофических вихревых движений в слоистой жидкости. Модель позволяет в общих чертах исследовать роль стратификации в задачах о динамике вихрей синоптического масштаба в атмосфере и океане, о хаотической адвекции, о влиянии рельефа дна на крупномасштабное течение и вихри. Данная книга представляет собой итог совместной работы авторов в области исследования вихревой динамики в стратифицированной вращающейся жидкости за 15-летний период. Книга адресована специалистам по физической океанографии и метеорологии, гидродинамике, динамическим системам, а также преподавателям, аспирантам и студентам соответствующих специальностей.

Книга избранных трудов А. А. Иванова составлена из его оригинальных работ. Основную ее часть составляют статьи по физике плазмы, различным неустойчивостям в плазме, пучкам электронов в плазме, а также по квазилинейной релаксации и высокочастотным электромагнитным полям. Часть работ посвящена неравновесной плазме, плазменно-пучковому разряду (ППР) в химически активной плазме, плазме в скрещенных электрических и магнитных полях, плазменной центрифуге и разделению изотопов. В сборник включены исследования по электронно-циклотронному разряду, ионным источникам, плазменным двигателям, а также по неустойчивости течений в магнитной гидродинамике. Эти труды во многом определили развитие нескольких направлений физики и технологии. Работы А. А. Иванова отличаются ясностью изложения и могут составить фундаментальную базу для современных исследований и технологических разработок. Для специалистов в области физики плазмы.

В книге известного российского учёного изложены новые теоретические подходы к изучению эволюционных процессов в тороидальной плазме. Последовательно представлены математические модели - от общих к более простым. Построены модели для комплексного изучения эволюции плазмы. Рассмотрены некоторые задачи управления и оптимизации, обратные задачи. Описаны и исследованы численные методы. Обсуждено программное обеспечение, реализующее модели. Уделено внимание средствам автоматизации вычислительного эксперимента и информационным технологиям. Приведены и проанализированы физические результаты. Содержание книги основано на работах автора, выполненных в течение последних двадцати пяти лет. Некоторые результаты публикуются впервые. Книга предназначена для специалистов в области управляемого термоядерного синтеза, математического моделирования, вычислительной математики, программирования наукоёмких задач, а также аспирантов и студентов, осваивающих указанные научные направления. Данная работа уникальна с точки зрения комплексности рассмотрения проблемы и глубины её анализа.

В книге излагаются базовые основы построения математических моделей при решении задач физики климатической системы, приводятся методы их конечномерной аппроксимации и возникающие при этом основные численные алгоритмы, обсуждаются суперкомпьютерные технологии численной реализации моделей. В качестве иллюстрации изложенных подходов рассматриваются: задача моделирования течения вязкой несжимаемой жидкости в областях сложной конфигурации, проблема вихреразрешающего воспроизведения динамики геофизических пограничных слоев, задача моделирования региональных особенностей атмосферной циркуляции, проблема воспроизведения современного климата и оценки его возможных в будущем изменений. Книга рассчитана на специалистов в области наук о климатической системе Земли.