В сборнике предложены новые математические модели и алгоритмы для решения многомерных нестационарных проблем механики, физики, астрономии, экономики, медицины и др. В качестве приложений демонстрируются решения на суперкомпьютерах задач механики сплошных сред, физики плазмы и астрофизики, динамики атмосферы и океана, развития гидродинамических неустойчивостей и турбулентного перемешивания. Для специалистов различных областей науки, преподавателей, студентов.

Рассмотрены вопросы анализа и прогнозирования показателей доменной плавки с помощью математической модели, основанной на использовании материальных и тепловых балансов, дополненных расчетами тепло- и массообмена, блоком учета неравномерности распределения газа по радиусу колошника и статистическими данными о влиянии некоторых факторов на показатели работы печи. Исследованы проблемы оптимизации числа и диаметра фурм, а также агломерации концентратов. Приведены примеры расчетов и программный продукт на CD-диске. Книга адресована научным сотрудникам и специалистам, работающим в области теории металлургических процессов и металлургии чугуна, а также студентам вузов соответствующих специальностей.

В работе численно анализируются деформационные процессы на мезоуровне в трехмерных поликристаллах в условиях растяжения. Трехмерные модели поликристаллических структур сгенерированы методом пошагового заполнения. Упругопластический отклик зерен описывается с учетом соотношения Холла–Петча, деформационного упрочнения и упругой анизотропии на мезоуровне. Методом численного эксперимента исследованы процессы зарождения и развития пластических сдвигов на поверхности и в объеме поликристаллических образцов. Анализируется роль свободной поверхности и межзеренных границ в развитии деформационных процессов на мезоуровне. Ключевые слова: численное моделирование, поликристаллическая структура, трехмерная модель, пластическая деформация.

В монографии изложены универсальные методологические подходы, позволяющие безотносительно к конкретным областям приложений строить адекватные математические модели изучаемых объектов. Представлены методы и примеры построения и анализа математических моделей для различных задач механики, физики, биологии, экономики, социологии на основе использования фундаментальных законов природы, вариационных принципов, иерархических цепочек, метода аналогий. Для специалистов по математическому моделированию, аспирантов, студентов, изучающих методы математического моделирования, вычислительного эксперимента. Первое издание — 1997 г.

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.

Рассмотрена методика моделирования электронных устройств с использованием программы Micro-Cap v. 8.x фирмы Spectrum Software (www.spectrum-soft.com). Даны практические рекомендации, существенно упрощающие процесс получения работоспособных моделей сложных электронных схем. Приведены примеры анализа и синтеза цифровых устройств. Описаны параметры моделей компонентов и способы создания моделей на основе справочных параметров. Подробно изложены особенности моделей магнитных компонентов. Рассмотрен порядок синтеза пассивных и активных фильтров. Описание возможностей программы сопровождается большим количеством примеров, иллюстрирующих построение схем моделирования, способы задания электронных компонентов, проведение различных видов анализа и обработку полученных результатов. Для специалистов, занимающимся разработкой, исследованием и эксплуатацией электронных устройств, будет полезна студентам и подготовленным радиолюбителям.

Книга подготовлена по материалам многолетних исследований лесов бассейна Байкала. Рассмотрены основные закономерности распределения лесных экосистем в Восточном Прибайкалье. Изучена динамика запасов органического вещества в экосистемах послерубочных восстановительных сукцессии в сосняках Улан-Бургасского и пихтарниках Хамар-Дабанского лесорастительных округов. Показаны последствия рекреационных нагрузок на лесные экосистемы в Восточном Прибайкалье. Предложены методика прогнозирования экстремальной лесопожарной опасности и рекомендации для противопожарного обустройства байкальских лесов, обнаружения и тушения лесных пожаров. Исследование лесных экосистем байкальского бассейна и смежных с ним районов на протяжении почти полувека послужили исходной базой концепции, предусматривающей использование лесов в качестве стабилизирующего экологического каркаса Байкальской природной территории. Книга рассчитана на лесоводов, экологов, географов, почвоведов, работников лесного хозяйства, а также преподавателей, аспирантов и студентов биологического и сельскохозяйственного профиля.

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.

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.

Численно моделируется взаимодействие одно- и двухслойных пластин с компактным ударником пз изотропной стали. Материал пластин - ортотропный органопластик. Благодаря реализованному в программе пересчету тензоров упругих постоянных тензоров прочности моделируется поведение конструкций, содержащих несколько элементов, выполненных из анизотропных материалов с различной оринентацией осей симметрии относительно расчетной системы координат. Поведение ортотропного материала описывается упруго-хрупкой средой с использованием критерия прочности второго порядка, предложенного Ву, позволяющим учитывать различные прочностные характеристики органопластика на растяжение и сжатие. Для различных скоростей соударения исследовано влияние ориентации свойств материала на разрушение пластин и кинематические параметры ударника.

В работе представлен обзор континуальных моделей, применяющихся при численном моделировании на мезоуровне. Особое внимание уделено микрополярным моделям как представителям двухуровневых моделей механики обобщенных сред для описания материалов со сложной изменяющейся в ходе деформации структурой. Дано изложение модели Коссера и обсуждается ее применение для моделирования пластической деформации металлических материалов на мезоуровне. Приведены некоторые результаты численных расчетов, показывающие возможности микрополярных моделей.

Дан краткий обзор основных идей и выводов нелинейной динамики, на основе которых анализируются возможности «иерархического моделирования». Центральные проблемы при выполнении такого моделирования видятся: 1) в нахождении путей и методов анализа общих свойств решений соответствующих нелинейных динамических уравнений механики сплошных сред в контексте основополагающих идей синергетики; 2) в установлении «генетического кода» организации пространственно-временных иерархий, рождающихся в нагружаемых материалах и средах. Утверждается, что нелинейные уравнения механики сплошных сред с релаксационными определяющими уравнениями (т.е. эволюционными уравнениями) для описания скоростей пластической деформации, накопления повреждений и разрушения, с положительными и отрицательными обратными связями между параметрами являются самодостаточными для выполнения иерархического моделирования. В общем случае это нелинейные уравнения смешанного типа, которые содержат как гиперболические, так и параболические решения. Их потенциальные возможности описывать эволюцию нагружаемых прочных сред по сценарию синергетики колоссальны и практически не изучены.

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.

Предложена математическая модель для описания процессов в электролитической ванне при нанесении кальций-фосфатных покрытий микродуговым методом. Учитываются диффузия в жидкой и твердых (взвешенных частицах и титановом образце, на который наносится покрытие) фазах; основные химические превращения в частицах и в жидком растворе. Разработан алгоритм численного решения задачи, учитывающий различие характерных масштабов в различных фазах. Представлены отдельные расчеты, иллюстрирующие возможности модели.

В сборнике материалов отражены основные итоги изучения лесов российского Дальнего Востока, а также широкий круг вопросов, касающихся классификации и структурно-функциональной организации лесных экосистем, естественной и антропогенной их динамики, генетики популяций и сохранения биоразнообразия, биологии и экологии лесообразователей, научных основ устойчивого природопользования. Сборник представляет интерес для лесоведов, ботаников, экологов и других специалистов, работающих в области изучения лесов.

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 настоящей книге приводятся теоретические и практические аспекты численности моделирования турбулентных течений; проведен краткий обзор существующих экспериментальных методов, а также рассмотрены некоторые аналитические методы. Подробно, с примерами изложены преимущества и недостатки тех или иных моделий турбулентности, горения, двухфазных течений и др..

Предложена математическая модель электронно-лучевой закалки углеродистых сталей при облучении в пучке релятивистских электронов с учетом изменения условий кристаллизации в результате попадания в расплав инертных частиц. Модель основана на аналогии с теорией двухфазной зоны. Задача решается численно.

Монография посвящена вопросам численного моделирования деформирования и разрушения волокнистых композиционных материалов и расчетно-экспериментальной оценке трещиностойкости элементов конструкций. Представлены экспериментальные результаты исследований характеристик трещиностойкости бороалюминиевого композита. Для научных работников и специалистов, занимающихся проблемами прочности. разрушения и проектирования конструкций из композиционных материалов. а также аспирантов и студентов вузов.

В книге, посвященной 80-летию со дня рождения заслуженныого деятеля науки РФ, проф., д.б.н. А.И. Уткина, представлены результаты исследований продукционного и лесообразовательного процессов в лесных биогеоценозах, полученные сотрудниками лаборатории биопродуктивности, возглавлявшейся им на протяжении многих лет, а также близкие по тематике к ним научные работы, выполненные в других лабораториях Института лесоведения РАН. Для специалистов в области лесоведения, лесной биогеоценологии и биопродуктивности, аспирантов и студентов.

Работа посвящена изучению закономерностей пространственно - временной изменчивости продуктивности хвойно-широколиственных лесов на основании многолетних исследований автора. Представлены методы оценки биологической продуктивности лесообразующих пород, основанные на основе тепло- и влагообеспеченности территории с учетом продуктивности почв и геоморфологической изменчивости. Метод оценки биологической продуктивности рассмотрен на примере основных видов лесообразующих пород: из хвойных - кедр корейский, ель аянская; из твердолиственных - ясень маньчжурский, дуб монгольский, бархат амурский; из мягколиственных - липа маньчжурская, клен приречный; из ореховых деревьев и кустарников - орех маньчжурский и лещина разнолистная. Для каждой древесной породы проведено районирование территории по биологической продуктивности, составлены карты. Кроме этого в работе приводится метод оценки пожарной опасности в лесах по условиям погоды. Работа предназначена для научных работников и специалистов, может быть использована преподавателями и студентами.

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.

В книге представлена краткая история Земли и использование ее ресурсов, а также земельные, водные, лесные, пищевые, минеральные, энергетические ресурсы, народонаселение мира и России. Описано формирование проблем устойчивого развития и моделирование глобального развития. Дано состояние России в показателях устойчивого развития.

Предлагается физическая и математическая модель, позволяющая конструировать функционально градиентные материалы, в том числе и пористые, исследовать их деформирование и разрушение при интенсивных импульсных нагрузках. На основе развиваемых в работе представлений, базирующихся на теории мезоскопических явлений академика В. Е. Панина, проведено численное исследование особенностей распространения ударных волн и трансформации энергии падающего импульса в материалах с градиентным распределением физико-механических свойств. Проведены тестовые расчеты по оценке достоверности изложенной модели.