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.

Монография посвящена вопросу формирования и развития в процессе динамики различных ценотических групп деревьев, отличающихся по диаметру, а также особенностям пространственного размещения деревьев в фитоценозах. В ее основу положены материалы многолетних исследований на постоянных пробных площадях, заложенных в разных заповедниках и различных типах леса, произрастающих в разных высотных поясах Дальнего Востока. Постоянные пробные площади были описаны и обработаны по единой методике и позволяют сравнить полученные результаты для разных районов исследования. В первой части монографии рассматривается вопрос образования функциональных элементов древостоев. Многочисленные фактические данные показывают, что в различных древесных ценозах разделение ценопопуляций доминантов и эдификаторов на дискретные группы по эколого-ценотической мощности можно рассматривать как процесс самоорганизации фитоценоза в целом. Одна из глав монографии посвящена изучению особенностей пространственного размещения деревьев в пределах фитогенных полей их соседей. Показано, что в процессе динамики, наряду с выработкой внутренней упорядоченности функциональных частей, внутри каждого древостоя также поддерживается определенный пространственный ритм. Книга рассчитана на геоботаников, экологов, работников заповедников и специалистов лесного хозяйства.

Предлагаемая книга является коллективным научным трудом, посвященным изучению проблем самоорганизации в растворах и на границе раздела фаз. В монографии изложено теоретическое обоснование эффектов, связанных с самоорганизацией лабильных структур растворителя, возникающих в результате внешних воздействий (внешнее поле, изменение термодинамических параметров (Т, р), влияние сольвофобного растворенного вещества, гидрофобной поверхности и т.д.). Дано фундаментальное изложение взаимосвязи самоорганизации с физико-химическими свойствами растворов и границы раздела фаз. Проявление таких эффектов является принципиально важным не только для процессов гидратации ДНК, конформации макромолекул, денатурации белков, формирования наноструктур, но и для многих явлений в растворах, определяемых многочастичными эффектами, такими как сольвофобная сольватация, микрогетерогенность, кластерообразование, ориентационные корреляции, перенос протонов в ассоциированных жидкостях и др. Изложенный в предлагаемой монографии новый научный материал позволяет с единых позиций подойти к изучению широкого круга явлений в растворах, зависящих от самоорганизации растворителя. Все главы книги написаны авторитетными учеными, специалистами в данной области науки. Книга предназначена для ученых, аспирантов и студентов, работающих над проблемами теории растворов.

В настоящей книге представлены результаты разработок в области экологической проблематики, проведенных автором за последние три десятилетия в рамках научно-исследовательских программ и проектов Института системного анализа РАН. В книге обсуждаются вопросы методологических оснований концепции устойчивого экологического развития, проводится критический анализ основных альтернативных футурологических концепций в области экологии, рассматриваются проблемы становления экологии как фундаментальной области знания на концептуальной основе термодинамики и синергетики. Книга рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся проблемами глобальной экологии и экологической футурологии.

Теоретически и экспериментально показано, что в механике деформируемого твердого тела наряду с трехмерной структурно равновесной кристаллической подсистемой следует описывать поведение структурно неравновесной планарной подсистемы в виде совокупности поверхностных слоев и всех внутренних границ раздела с нарушенной трансляционной инвариантностью. Первичное пластическое течение в нагруженном твердом теле развивается в неравновесной структуре планарной подсистемы по ротационному механизму каналированных нелинейных волн локальных структурных превращений, которые определяют закон самоорганизации многоуровневого пластического течения. Они вызывают ротационные поворотные моды деформации на мезомасштабном уровне и обусловливают генерацию в планарной подсистеме всех видов деформационных дефектов на микромасштабном уровне. Деформационные дефекты испытывают эмиссию в кристаллическую подсистему как ингибитор нелинейных волн пластического течения в планарной подсистеме. При любом виде нагружения пластическая деформация твердых тел развивается в поле поворотных моментов. Нарушение иерархического самосогласования поворотных мод деформации завершается разрушением материала как нескомпенсированной поворотной моды деформации на макромасштабном уровне.

Рассмотрены полученные из экспериментально установленного инвариантного для пластической и упругой деформации соотношения основные закономерности локализованного пластического течения в твердых телах, определяющие скорости распространения автоволн локализованной пластичности, дисперсии этих волн и зависимости длины автоволны от размера зерна. Установлена связь уравнений локализованной пластичности с уравнениями динамики дислокаций.

В монографии приведены результаты исследования пространственно-временной самоорганизации региональных геосистем как единства территориальных структур разного масштабного уровня, которые находятся на различных стадиях динамического и эволюционного преобразования. Показаны закономерности формирования, развития и преобразования геосистем и их взаимосвязей в зависимости от морфо-тектонических, климатических, геологических и геохимических условий прошлого и настоящего. Материалы представлены в форме информационного синтеза данных и знаний о территории юга Средней Сибири, основанного на теории геосистем академика В.Б. Сочавы, результатах стационарных, наземных и аэровизуальных маршрутных исследований, картографической информации, дешифрирования космических снимков, ГИС-технологиях. Для исследователей, преподавателей и студентов, интересующихся вопросами географии Сибири.

В монографии отражены результаты экспериментальных и аналитических исследований закономерностей распределения напряжений в блочных массивах геологической среды; математического моделирования процессов деструкции земной коры при крупномасштабных горных работах; контроля и анализа основных закономерностей самоорганизации сейсмического процесса. Отмечено влияние техногенного воздействия на формирование сейсмических активизаций. Затронуты вопросы создания геоинформационных систем с вычислительным ядром оценивания параметров по разнородным комплексным геодезическим и геофизическим наблюдениям.??Выявлен критерий возникновения процессов самоорганизации в условиях сильных техногенных воздействий. Разработана и апробирована модель карстообразова-ния как следствия эволюции эндогенных кольцевых структур Земли. Проанализирована связь геоморфологических, геологических и геофизических особенностей строения породных массивов с поверхностными проявлениями карстов. Разработаны двух- и трехмерные геомеханические модели, описывающие деформирование и разрушение породного массива во времени, в основу которых положены уравнения состояния вязкоупругих сред и критерий прочности Кулона — Мора. Предложен новый подход к созданию динамических геоинформационных систем, суть которого заключается в переходе от компьютерно-математического моделирования к синтезу новых знаний на основе интеграции данных самого различного типа, получаемых с помощью развитых систем мониторинга. Монография адресована специалистам по механике, геомеханике, геофизике, разработчикам новых систем контроля деформаций и напряжений в природной среде и будет полезна студентам старших курсов горных и геофизических специальностей университетов, а также аспирантам.

В работе выполнен обзор современного состояния работ по изучению так называемых «медленных движений» — деформационных волн Земли. Высказана и обоснована гипотеза, что все наблюдаемые в твердых телах и геосредах возмущения напряженно-деформированного состояния, распространяющиеся в форме медленных деформационных фронтов, включая фронты пластической деформации в металлах, фронты в геосредах и разломах разных масштабов, имеют общую физическую природу. Нагружаемые твердые тела и геосреды являются активными иерархически организованными многомасштабными средами. Различные динамические процессы на границах блоков, подвижки на разломах разных масштабов приводят к потере устойчивости в среде как нелинейной динамической системе. Кооперативный отклик и параметрическое возбуждение подобной активной среды приводят к формированию в них медленных деформационных фронтов. Таким образом, формирование деформационных автоволн в твердых телах и геосредах есть процесс самоорганизации. В работе предложена математическая модель, которая описывает связанные процессы эволюции напряженно-деформированного состояния и формирования в нагруженной неустойчивой упругопластической среде медленных деформационных автоволн. В качестве примеров приведены расчеты автоволн деформации, возникающих в малых образцах пластичных материалов при их растяжении, смоделированы медленные деформационные фронты в квазихрупкой геосреде при ее нагружении сжатием, а также автоволновые возмущения, движущиеся по разлому.

Here we provide a review of research on slow motions and strain waves in the Earth and propose a substantiated hypothesis that all stress-strain perturbations in the form of slow waves propagating in solids and geomedia, including plastic waves in metals and waves in faults of different scales, are of common physical nature. Loaded solids and geomedia are active hierarchically organized multiscale systems that display nonlinear dynamics and lose their stability when disturbed by any dynamic processes at block boundaries, e.g., displacements in fault zones. Such a medium cooperatively responds to parametric excitation by generating slow strain waves (autowaves) as a way of its self-organization. In support of the proposed concept, a consistent mathematical model is suggested for describing the evolution of stress-strain states and slow strain autowaves in an unstable elastoplastic medium, and examples of simulations are presented for strain autowaves in ductile materials under tension and quasi-brittle materials and geomedia with a fault zone under compression.

В монографии изложены основные положения структурной теории конструктивной прочности материалов с реальной структурой на макро-, мезо- и микромасштабном уровнях. Модели (механизмы) развития упругой пластической деформации и разрушения материалов разработаны на основе синтеза новейших достижений физики конденсированных сред, структурной механики разрушения и материаловедения. Основные выводы структурной теории конструктивной прочности, разработанной научной школой Новосибирского государственного технического университета, положены в основу анализа упрочнения реальных промышленных сплавов для повышения их надежности и долговечности. Книга адресована материаловедам научно-исследовательских и промышленных учреждений, преподавателям, аспирантам, магистрантам и студентам высших учебных заведений.

В книге методически обобщены собственные изыскания автора, результаты научных исследований, характеризующие сущность коллоидно-химических представлений и аналитических методов исследований, позволяющие понять особенности поведения НДС в реальных условиях их существования, в частности в процессах добычи, транспорта, переработки, хранения и применения. Представленное изложение материала предполагается в дальнейшем использовать при создании единых и общих принципов физико-химической механики нефтяных дисперсных систем в учебных курсах, связанных с технологией переработки углеводородного сырья.

Рассмотрена задача о накоплении повреждений в горном массиве вокруг выработки и обрушении кровли с точки зрения развиваемого авторами эволюционного подхода. Нагружаемая полем сил тяжести геосреда рассматривается как нелинейная динамическая блочная система, эволюционирующая по законам синергетики. Определяющие соотношения, записанные в виде двух групп эволюционных уравнений, обеспечивают конкуренцию положительных и отрицательных обратных связей между параметрами геосреды, для которой учтены эффекты внутреннего трения, дилатансии, накопления повреждений и деградации прочностных свойств. Выполненные расчеты показали, что, меняя нелинейные характеристики среды, можно описать как вязкий, так и хрупкий режим разрушения, квазистационарный или существенно неравновесный режимы обрушения кровли.

На основе анализа экспериментальных результатов последних лет сделано заключение, что поверхностные слои нагруженных твердых тел являются самостоятельной подсистемой, в которой развиваются волновые механизмы пластического течения, определяющие зарождение первичных деформационных дефектов всех видов. Эти процессы являются синергетическим активатором пластического течения о объеме деформируемого твердого тела.

В монографии освещены теоретические, методологически и технико-технологические предпосылки развития науки разрушения горных пород (РГП). Современное кризисное состояние науки РГП объясняется, прежде всего, устареванием ее парадигмы. Изложены новая концепция, модель разрушения и классификация способов разрушения, а также модель создания новых способов и средств РГП (С и СРГП), положенные в основу новой парадигмы, обоснованной разработками авторов в виде способов бурения, типов бурового инструмента и концепции создания бурового станка нового поколения. Также приводятся первоначальные сведения о мезомеханике, синергетике и нанотехнологии, как источниках разработки новой парадигмы науки РГП. Книга предназначена для специалистов научно-исследовательских учреждений и вузов, работающих в области РГП.

Книга известного физика-теоретика из ФРГ, одного из создателей современной квантовой теории лазера, представляет собой изложение кинетической теории лазерных систем, в котором вопросы лазерной кинетики рассматриваются под нетрадиционным углом зрения. Глубоко и вместе с тем вполне доходчиво излагаются аппарат и важнейшие приложения квантовой теории лазера, при это анализируется ряд новейших проблем оптики лазеров: оптическая бистабильность, двухфотонный лазер, устойчивость режима ультракоротких импульсов и др. Может служить учебным пособием. Для студентов вузов и аспирантов физических специальностей, а также для специалистов, работающих в области квантовой электроники и спектроскопии.

В настоящей книге представлено современное состояние теории нелинейных колебаний и волн. С единой точки зрения рассматриваются колебательные и волновые процессы, как периодические, так и хаотические, в системах самой различной физической природы. Показано, что такие популярные и быстро развивающиеся в последние годы науки, как нелинейная динамика, теория солитонов и синергетика. которые часто изучаются независимо друг от друга, фактически являются составными частями теории колебаний и волн. На ряде примеров демонстрируется. что эта теория отражает наиболее общие законы природы, справедливые для систем, являющихся объектами изучения различных наук: физики, химии, биологии и т. д. Единство колебательных законов позволяет строить простые модели сложных систем, которые, в свою очередь, позволяют прояснить общие свойства изучаемых систем и предсказать их поведение в конкретных условиях. Кроме классических колебательных и волновых явлений в книге рассматриваются нетрадиционные проблем шумоиндуцированных колебаний и турбулентности. Книга предназначается для специалистов в области теории нелинейных колебаний и волн, научных работников и инженеров, чья деятельность связана с исследованием колебательных и волновых процессов; а также аспирантов и студентов старших курсов для углубленного изучения общих законов теории колебаний и волн и их приложений к конкретным системам.

Монография посвящена исследованию структуры и свойств аморфных стеклообразных полимеров, трактуемых как естественные нанокомпозиты. Это исследование выполнено в рамках современных физических концепций (кластерной модели структуры аморфного состояния полимеров, фрактального анализа, синергетики твердого тела и теории перколяции). Выполненный анализ продемонстрировал, что в настоящее время потенциал указанных полимеров реализуется в лучшем случае на 15-20%. Указаны пути реализации этого неиспользованного ресурса. Монография предназначена для специалистов, занимающихся исследованием структуры и свойств полимерных материалов, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов ВУЗов физико-химического профиля.

В монографии излагается новая концепция изучения науки о материалах, основанная на предложенных авторами собственном определении материаловедения и классификации в материаловедении. На основании этого изучение курса материаловедения начинается с рассмотрения минерального сырья (минералов) как первого этапа получения и использования материалов. Предпринята попытка определения основных задач материаловедения и путей их решения. Наряду с изложением традиционных разделов материаловедения предлагаются новые разделы, связанные с прогнозированием свойств материалов с помощью ЭВИ, с применением мезомеханики, а также синергетического подхода к их исследованию. Особое внимание обращается на изучение и использование электронной теории материалов. Развитие материаловедения прослеживается как непрерывный процесс создания, использования материалов и технологий их получения. Для аспирантов, научных работников, занимающихся общими вопросами материаловедения.

Большинство природных процессов стохастичны по своей природе и описываются распределениями вероятности и их моментами: средними, дисперсией, спектрами и более высокими моментами. Зачастую в определенных интервалах эмпирические распределения имеют степенную форму: законы мелкомасштабной турбулентности; распределения частота-энергия землетрясений, извержений вулканов, наводнений; спектр космических лучей и ряд других закономерностей. В книге предлагаются методы исследования подобных процессов, и на этой основе единым образом объясняются формы перечисленных выше распределений, причем для последних четырех процессов это сделано впервые, как и для целого ряда других. Излагаются необходимые основы теории вероятностей и стохастических процессов, теории подобия и размерностей, построение общих моделей для объяснения наблюдаемых результатов; это сформулированные автором «правила скорейшей реакции системы на внешние воздействия» и «случайные блуждания в пространстве импульсов». С этих общих позиций излагаются прежние результаты автора: теория подобия общей циркуляции планетных атмосфер, конвекция и турбулентность вращающихся жидкостей и многие другие; все иллюстрируется конкретными природными примерами. Из новых результатов также рассматривается энергетический цикл морского волнения, распространение примеси в поле случайных ветровых волн, некоторые количественные условия возникновения ураганов, проблемы эволюции галактик и их скоплений. Книга предназначена для широкого круга научных работников, студентов и аспирантов, интересующихся конкретными и общими природными закономерностями и методами их изучения и постижения.

В монографии отражены результаты многолетних исследований авторов и других ученых в области трибофизики, трибоматериаловедения и триботехнологий. Дана характеристика трибологических систем и трибологических процессов, рассмотрены процессы структурной модификации и самоорганизации полимерной матрицы в условиях деформации и терния. Отдельно рассмотрены методы поверхностного упрочнения и структурной модификации металлических материалов, применяемых в металлополимерных узлах трения. Рекомендуется научным и инженерно-техничеким работникам, специализирующимся в области надежности и долговечности машин и технологического оборудования.