Введение. При разработке глазных протезов возникает ряд проблем, одна из которых — конструирование соединения между жесткой оптической частью и мягкой тканью роговицы. Их модули Юнга могут отличаться на три порядка. При этом возникает задача создания промежуточного слоя, возможно с градиентными свойствами, назначение которого — исключить травмирование мягких биологических тканей. Рассматривается два типа кератопротеза: с опорной пластиной и с промежуточным функционально-градиентным слоем. Для первого типа рассчитано напряженно-деформированное состояние. Для второго проведено аналитическое и конечноэлементное моделирование взаимодействия цилиндрического оптического протеза, промежуточного неоднородного слоя и роговицы в упругой среде. Рассмотрены два варианта: без учета кривизны (круглая плита или пластина) и с учетом кривизны (сферический купол или оболочка). Цель работы — исследование напряженно-деформированного состояния керапротеза и роговицы в области контакта.

Материалы и методы. Математические модели рассматриваемых конструкций — это краевые задачи линейной теории упругости. Аналитическое решение построено для упрощенной модели в виде составной круговой пластины. Пространственные трехмерные задачи и задачи в осесимметричной постановке решаются методом конечных элементов. Конечноэлементное моделирование рассматриваемых конструкций проводилось в CAE-пакете ANSYS и ACELAN.

Результаты исследования. Построены CAD-модели кератопротезов с условиями закрепления и нагружения. Установлена нагрузка на керапротез под действием внутреннего глазного давления. Рассчитано напряженно-деформированное состояние элементов кератопротеза и роговицы. Особое внимание уделено окрестности ее контакта с кератопротезом.

Обсуждение и заключения. Результаты расчета осевых смещений и механических напряжений в кератопротезе первого типа показывают, что выбранные для него геометрические параметры удовлетворяют кинематическим и прочностным требованиям. Предложенные в работе модели деформированного состояния мягких биологических тканей позволяют оценить их травмирование при использовании кератопротеза второго типа, а также выбрать геометрические параметры и градиентные свойства промежуточного слоя.

Введение. Рассматривается новый подход в формировании методологического базиса системного анализа в приложении к задачам динамики механических колебательных структур. Целью исследования является разработка метода оценки свойств механических колебательных систем с учетом сил вязкого трения на основе частотных функций и функции демпфирования, зависящих от так называемого коэффициента форм связности, представляющего собой отношение характеристик обобщенных координат.

Материалы и методы. Используемые графоаналитические методы оценки динамических свойств механических колебательных систем с двумя степенями свободы основаны на определении экстремальных значений частотных функций и функции демпфирования, определяемых из соотношений, связывающих кинетическую, потенциальную энергию и значения функции рассеяния энергии. Математические модели строятся на основе формализма Лагранжа, матричных методов, элементов теории функций комплексной переменной.

Результаты исследования. Предложен метод построения частотных функций и функций демпфирования для класса механических колебательных систем с двумя степенями свободы на основе аналитических выражений, отражающих особенности соотношения потенциальной и кинетической энергии системы с учетом сил вязкого трения, представленных диссипативной функцией. Выведены общие аналитические выражения для частотной функции и функции демпфирования. Для механических колебательных систем с упруго-демпфирующими элементами, обладающими свойствами симметрии, проведен графоаналитический анализ экстремальных свойств соответствующих частотных функций и функций демпфирования. Представлены результаты численных экспериментов. Предложен критерий классификации частотных функций и функций демпфирования на основе топологических особенностей графиков соответствующих функций.

Обсуждение и заключения. Разработанный метод построения частотных функций и функций демпфирования может быть использован для отображения динамических особенностей механических колебательных систем. Предложенный матричный метод построения частотно-демпирующей функции для системы двумя степенями свободы может быть распространен на механические колебательные системы, рассматриваемые в различных системах координат.

Введение. Рассматривается метод решения задачи о бесконечной пластине, лежащей на упругом основании и периодически нагруженной силой, которая перемещается по произвольной замкнутой траектории и произвольному закону.

Материалы и методы. Рассмотрен оригинальный метод решения задач теории упругости для пластин, нагруженных силой, движущейся произвольно по замкнутой траектории произвольной формы. Исследуется задача о бесконечной пластине, лежащей на упругом основании. Пластина нагружена нормальной силой, движущейся с переменной скоростью. Нагрузка раскладывается в ряд Фурье на временном отрезке, длина которого равна времени ее прохождения по траектории. Решение указанной задачи реализуется посредством суперпозиции решений задач, соответствующих нагрузке, задаваемой слагаемыми указанного ряда Фурье. Окончательное решение задачи представляется в виде отрезка ряда Фурье, каждое слагаемое которого соответствует решению задачи о действии на бесконечную пластину нагрузки, распределенной по замкнутой траектории движения силы. Для построения этих решений используется фундаментальное решение уравнения колебания бесконечной пластины, лежащей на упругом основании.

Результаты исследования. Представлено решение задачи о бесконечной плоскости, по которой с переменной скоростью движется сосредоточенная сила. В качестве траектории рассматривалась гладкая замкнутая кривая, состоящая из дуг окружностей. Исследуется характер поведения перемещений и напряжений вблизи движущейся силы, а также изучается процесс распространения энергии упругих волн. Для этой цели рассматривается изменение вектора Умова-Пойтинга.

Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы в расчетах при проектировании дорог. Исследование распространения энергии упругих волн от движущихся транспортных средств позволит оценить воздействие указанных волн на расположенные вблизи дороги строения. Анализ характера изменения перемещений и напряжений вблизи движущейся силы позволит оценить износ дорожного покрытия.

Введение. Представлена методика проектирования высокоэффективного технологического процесса вибрационной отделочной обработки деталей с малыми пазами и отверстиями. Решение основано на выборе гранулометрических характеристик обрабатывающих сред. Проанализирована форма поперечного сечения и геометрические размеры заусенцев на типовых деталях радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Разработана обобщенная модель заусенца. Определены методологические принципы выбора гранулометрических характеристик рабочих сред.

Материалы и методы. Новая классификация и кодирование по конструктивно-технологическим принципам деталей РЭА позволят при проектировании технологического процесса их финишной обработки обоснованно выбрать оборудование, среды и режимы.

Результаты исследования. Создана методика подбора гранулометрических характеристик рабочих сред с учетом основных технологических задач. Исходя из конструктивно-технологических особенностей деталей РЭА, предложены зависимости для определения размеров и формы обрабатывающих гранул. Определены критерии годности для оценки результатов вибрационной обработки. Отмечено, что одна из главных задач при виброобработке деталей с малыми пазами и отверстиями — обеспечение такой продолжительности процесса, при которой удаляются заусенцы, а шероховатость и другие параметры поверхности соответствуют техническим требованиям. В таком случае показателем качества следует считать точность линейных размеров обрабатываемых поверхностей. Количественно данный критерий оценивается по специальному индексу, при расчете которого учитывается наибольший действительный размер до виброобработки, высота заусенца, наименьший допустимый размер после обработки и допуск, установленный техническими требованиями. Критерий эффективности процесса определяется как отношение индекса обрабатываемости к продолжительности обработки партии деталей или длительности цикла, приведенной к одной детали. Предложенный критерий позволяет сравнивать процессы обработки при обосновании решения технологических задач.

Обсуждение и заключения. Итоги исследования позволяют утверждать, что вибрационная обработка в рабочих средах органического происхождения способствует эффективному удалению заусенцев и скруглению кромок малоразмерных деталей радиоэлектронной аппаратуры, имеющих малые пазы и отверстия.

Введение. Рассматриваются технологические особенности обработки коленчатых валов виброударным методом поверхностного пластического деформирования (ППД), получившего широкое применение в технологии изготовления деталей машин. Целью исследований является обоснование эффективности влияния виброударной упрочняющей обработки на повышение качества и эксплуатационных характеристик коленчатых валов (КВ).

Материалы и методы. Методически исследования включали в себя обоснование технологической схемы виброударной обработки и разработку расчётной модели оценки влияния обработки на изменение макрогеометрии (коробления) КВ.

Результаты исследования. Разработаны технологические схемы объемной виброударной отделочно-упрочняющей обработки КВ с применением вибростанка с U-образной рабочей камерой, габаритные размеры которой соизмеримы или превышают габаритные размеры подвергаемого обработке КВ и обеспечивают расположение вала таким образом, чтобы его основная ось, совпадающая с осью коренных шеек, находилась в зоне расположения условной оси вращения массы рабочей среды. Исследованы параметры качества поверхности при обработке их на виброустановке УВГ 4Х10 по апробированным методикам с применением специальной оснастки. Установлено, что виброударная упрочняющая обработка (ВиУО) позволяет за счет пластической деформации микронеровностей получить качественно новый микрорельеф поверхности и снизить ее исходную шероховатость, существенно повышает микротвердость поверхности коренных и шатунных шеек КВ и изменяет напряженное состояние их поверхностного слоя. Предложена расчётная зависимость для оценки суммарного коробления КВ, упрочнённого в процессе ВиУО и подтверждена её адекватность. Показано, что коробление вала после ВиУО обусловлено разнонапряжённостью шатунных и коренных шеек КВ на уровне К_н ≈ 0,6.

Обсуждение и заключение. Виброударная обработка КВ обеспечивает улучшение геометрических и физикомеханических параметров поверхностей шатунных и коренных шеек. В результате обработки всех поверхностей вала коробление не превышает допустимых значений, устанавливаемые техническими требованиями. Это позволяет сделать вывод об эффективности рассматриваемого способа упрочнения КВ с целю повышения их эксплуатационных свойств.

Введение. Представлены результаты исследований процесса единичного взаимодействия при центробежноротационной обработке деталей в абразивной дискретной среде. Одновременно с численным моделированием проведены эксперименты на центробежно-ротационной установке и исследованы максимальная глубина внедрения в поверхность детали, размеров единичных следов, съёма металла за один удар абразивной гранулы. Исследован съём металла с обрабатываемых деталей в зависимости от режимов обработки, характеристик абразивной частицы и обрабатываемого материала.

Материалы и методы. Учтены зависимости для определения съёма металла с обрабатываемых деталей (сталей 45, меди МОБ и алюминиевого сплава Д16Т) в зависимости от зернистости (N3) абразивных частиц, рассматривается процесс единичного взаимодействия абразивной частицы с поверхностью заготовки в рамках динамической контактной задачи теории упругости. Авторами проведено конечно-элементное моделирование рассматриваемых конструкций в CAE пакете ANSYS.

Результаты исследования. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса съёма металла с обрабатываемых деталей в зависимости от зернистости абразивных частиц. Описана методика их проведения, применяемый инструмент и оснастка. Сопоставлены результаты теоретических и экспериментальных исследований. Установлена их высокая сходимость. Подобраны абразивный инструмент и режимы обработки.

Обсуждение и заключения. Построенные в работе зависимости позволяют определить рациональные значения технологических параметров процесса ЦРО, и могут быть использованы при проектировании технологических процессов ЦРО. Следовательно, для достижения желаемого качества поверхности можно сэкономить временные и финансовые ресурсы.

Введение. При администрировании сложных многопараметрических систем управленческие решения часто принимаются в условиях неопределенности. Остро стоит проблема снижения вероятности нежелательных событий и уменьшения возможного ущерба. Эффективность прогнозирования ущерба для сложных систем напрямую зависит от качества методов обработки, систематизации и количества входных данных. Необходимо совершенствовать методы оценки и прогнозирования ущербов и разрабатывать новые подходы и критерии статистического прогнозирования ущерба и оценки надежности системы. Решение таких задач осложняется большим числом показателей, неопределенностью данных, короткими рядами наблюдений, неполнотой исходной информации, недостаточно развитым научно-методическим аппаратом. Существующие методы прогнозирования ущерба в системах потенциально опасных объектов не учитывают причины происшествий, случившихся из-за неблагоприятных стечений обстоятельств. Как следствие, управленческие решения принимаются на основании недостоверных результатов прогнозирования. В связи с этим актуальной научной задачей представляется разработка методов и методик для формирования целесообразных управленческих решений, свободных от указанного недостатка.

Основная цель работы — рассмотрение частной задачи для прогнозирования ущерба из-за неблагоприятного стечения обстоятельств, связанного с неразличимостью исходных данных. Задачи: рассмотреть такой вид неопределенности, который включает в себя неразличимости истинного состояния системы и реального значения ее количественной характеристики; сформулировать задачу комбинаторики для случая, когда составной весьма опасный признак определяется совместным проявлением двух и более простых признаков.

Материалы и методы. В условиях множественной неразличимости в качестве исходных данных использованы: множество неразличимых исходов с достоверной информацией о факте реализации события и неопределенностью отнесения события к некоторому типу; семейство множеств, имеющих одинаковое число элементов. Учтены Декартово произведение семейств соответствующих множеств и фактическое значение группы составного потенциально опасного фактора с составным весьма опасным признаком. Представлена результирующая моноэлементная группа неразличимости, которая является также возможным событием, полученным в результате пересечения двух необходимых событий.

Результаты исследования. Установлено, что задача прогнозирования ущерба из-за неблагоприятного стечения обстоятельств соответствует задаче комбинаторного типа, состоящей в перечислении всех множеств-аргументов. Полученный диапазон, представляющий собой элементную группу неразличимости, характеризует меньшее и большее возможное значение численности группы потенциально опасного фактора с составным весьма опасным признаком. Показано, что сформулированные комбинаторные задачи без существенных изменений применимы к задачам в обобщенном виде, когда составные весьма опасные признаки определяются с применением не только операции пересечения, но также объединения и разности, а исходными не обязательно будут группы объектов с простыми признаками.

Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы при построении сложных систем мониторинга, моделирования и прогнозирования многопараметрических объектов и динамических систем.

Введение. Дополненная реальность (AR) является быстроразвивающейся отраслью, которая значительно продвинулась в вопросах взаимодействия, навигации и отслеживания объектов. В настоящее время существует множество направлений AR, которые применяются в различных областях (образование, развлечения, бизнес, медицина и т.д.). Однако отсутствуют чёткие критерии оценки фреймворков AR-приложений для поддержки разработки таких приложений под конкретные задачи. В статье предложен подход, позволяющий количественно оценить некоторые характеристики AR-приложений. В данной статье сделана попытка разработки критериев оценки приложений дополненной реальности. Предложены критерии выбора измерений пространства разработки, такие как стандарты для AR, инструменты для разработки AR, навигация и отслеживание объектов, управление контентом, удобство использования (юзабилити). Предоставлены анализ и оценки AR-приложений по каждой предложенной характеристике.

Материалы и методы. AR-приложение - это программное приложение, которое интегрирует цифровой визуальный, аудио-контент и другие типы контента в реальную среду. Качество и производительность программного обеспечения являются основными характеристиками приложения, которые являются критически важными факторами для приложений AR.

Анализ научных работ, документов и стандартов позволил определить характеристики, которые являются наиболее значимыми качественными показателями, основанными на обоснованных потребностях и требованиях пользователей.

Результаты исследования. Разработанные нами критерии оценки приложений с дополненной реальностью позволяют разработчикам создавать свои собственные программные продукты поэтапно, основываясь на пошаговых требованиях к ним, оценивая процесс разработки по характеристикам. Такой подход позволит создавать высококачественные программные продукты, используя стандартизированные, современные средства разработки.

Обсуждение и заключения. Разработчики будут иметь детальное понимание на каждом этапе создания приложения, что позволит выбирать необходимые инструменты и технологии разработки для получения результата наивысшего качества. Это также даст возможность определиться с конкретными инструментами, методами, моделями и технологиями разработки до начала работы над проектом. В результате будет получен конечный высококачественный программный продукт с хорошей расширяемостью и соответствием современным требованиям рынка цифровой индустрии.

Введение. Пакеты верификации проектируют и анализируют корректность параллельных и распределенных систем в рамках различных классов темпоральных логик линейного и ветвящегося времени. В статье рассматривается полиномиально реализуемый класс ∆₀T-формул, интерпретируемый на многосортных моделях с иерархическими надстройками. Структура надстройки описывается произвольной контекстно-свободной (КС) грамматикой. Предикаты и функции сигнатуры модели интерпретируются на исходном КС-списке, достраиваемом в процессе интерпретации.

Материалы и методы. Для теорий из ∆₀T-квазитождеств, обладающих свойствами нётеровости и конфлюент-ности, строится константная модель. Рассматриваются формулы многосортного языка исчисления предикатов (ИП) 1-го порядка с переменными сорта «список», интерпретируемые на моделях с иерархизированной надстройкой. Теория интерпретируется на деревьях вывода грамматики, описывающих поведение специфицируемой системы. Правила КС-грамматики иерархизируют пространство действий моделируемой системы. Отмечено, что для моделирования систем реального времени недостаточно выразительных возможностей Д0 T-формул. Поэтому для спецификации используются выражения с неограниченным квантором всеобщности V, известные как ПТ-формулы.

Результаты исследования. В качестве примера приводится логическая спецификация автоматизированного комплекса, который состоит из манипулятора, обрабатывающего детали. Положение позиций фиксируется датчиками. Описывается цикл работы манипулятора. Спецификация его функционирования состоит в иерархиза-ции действий правилами КС-грамматики и их описании формулами ИП 1-го порядка с учетом значений времени.

Обсуждение и заключения. В статье показано, что класс рассмотренных формул можно использовать для моделирования систем реального времени. Приводится пример логической спецификации управляющего устройства поведением манипулятора.

Введение. Системы электронного документооборота (СЭД) используются для хранения, обработки и передачи больших объемов информации. Автоматизация данных процессов является актуальной проблемой, требующей комплексного решения. Ее решение позволит снизить временные и материальные затраты на проектирование и осуществить переход к более совершенным, адаптивным СЭД. Статья посвящена разработке новых методов автоматизации процесса распределения информации в СЭД.

Целью работы является повышение точности распределения информации в СЭД за счет перехода от аналитических или алгоритмических решений к использованию новых методов, функционирующих на основе технологий машинного обучения. Использование нейронных сетей для достижения поставленной цели также позволит повысить эффективность разработки программного обеспечения за счет автоматизации процессов анализа и обработки информации.

Материалы и методы. Предложен новый метод автоматизированного распределения информации на основе технологий машинного обучения, включающий математическое описание правил распределения информации. Сформулированный перечень условий распределения информации позволяет реализовать программное обеспечение на основе нейронных сетей для решения задачи автоматического распределения данных в СЭД.

Результаты исследования. Метод автоматизированного распределения информации апробирован на примере предметной области СЭД при решении задачи анализа правильности информации, введенной пользователем. В ходе экспериментальных исследований получено, что предложенный метод, функционирующий на основе технологий машинного обучения, обеспечивает лучшую точность (на 8 % выше) и более эффективен (в соответствии с метриками Джилба и цикломатической сложности)

Обсуждение и заключения. Полученные результаты подтверждают эффективность и точность предложенного метода. Представленные результаты могут использоваться для автоматизации процессов распределения и проверки информации в адаптивных СЭД, а также других информационных системах. На основе разработанного метода также возможно решение связанных задач: поиск дубликатов и похожих документов, классификация и размещение по категориям файлов.

Введение. Работа посвящена численному решению задач динамики фитопланктона в прибрежных системах на примере Азовского моря. При этом учитывается трансформация форм фосфора, азота и кремния, а также движение водной среды, распределение температур и соленостей по акватории моря. Речной сток, меняясь по объему и по химическому составу, существенно влияет на изменчивость гидрофизических и биогеохимических параметров процессов, происходящих в прибрежной системе. Этим обусловлена необходимость статистической обработки данных многолетних наблюдений за характеристиками речного стока.

Материалы и методы. Математическая модель биогеохимических циклов основана на системе нестационарных уравнений конвекции — диффузии — реакции параболического типа с нелинейными функциями источников и младшими производными, к которой добавлены соответствующие начальные и граничные условия. В ходе статистического анализа рядов многолетних наблюдений за стоками рек найдены значения следующих показателей: коэффициенты асимметрии, эксцесса, дисперсия и стандартное отклонение, коэффициент вариации, коэффициент автокорреляции, отношение Неймана и критерий Андерсона.

Результаты исследования. Статистический анализ рядов многолетних наблюдений за гидрохимическими показателями реки Дон свидетельствует о неоднородности натурных данных. Это связано со стохастичностью поступлений биогенных веществ и объема пресноводного стока в море в результате воздействия природных и антропогенных факторов. Натурные данные целесообразно соотносить с сезонными изменениями температуры водной среды. В работе представлены результаты вычислительного эксперимента по моделированию динамики фитопланктонных популяций в летний период, когда температуры благоприятны для их размножения и роста. Предложенная математическая модель учитывает пространственно-неоднородное распределение и трансформации форм фосфора, азота и кремния, а также изменения солености, температуры и движения водной среды.

Обсуждение и заключения. Рассмотрена многовидовая математическая модель динамики фитопланктонных популяций с учетом трансформации форм фосфора, азота и кремния в прибрежных системах. Проведен анализ данных натурных наблюдений, для чего рассчитаны его основные статистические параметры. В итоге сделан вывод о существенной изменчивости данных многолетних наблюдений. Это обусловлено двумя причинами. Первая: случайный характер поступления биогенных веществ и объемов стока рек в результате воздействия антропогенных факторов. Вторая: чередование в последние 12-15 лет относительно многоводных и маловодных периодов по пресному стоку. Гидрологический режим меняется главным образом за счет сокращения среднегодового пресноводного стока Дона и частично Кубани. Эта тенденция, по-видимому, будет усиливаться из-за климатических изменений, а также при дальнейшем регулировании стока Дона после ввода Багаевского гидроузла. Численные эксперименты на основе натурных данных подтвердили предсказательную ценность разработанных моделей и программ. С их помощью можно прогнозировать изменение состава и численности (концентраций) в Азовском море основных планктонных популяций, которые определяют, с одной стороны, кормовую базу, а с другой — состояние водной среды в условиях продолжающегося осолонения моря.