МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет)

ОТЧЕТ ПО ДОГОВОРУ № 12.741.36.0005 от 27.01.2011 г.

О ФИНАНСИРОВАНИИ ПРОГРАММЫ РАЗВИТИЯ

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет»

за 2012 г.

Ректор университета

___________________ А.Л. Шестаков

(подпись, печать)

Руководитель программы развития университета

_____________________А. Л. Шестаков

(подпись)

«___» __________________ 2012 г.

ПРИНЯЛ

Оператор_______________( _____________)

(подпись)

«___» __________________ 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

I. Пояснительная записка.3

II. Финансовые обеспечение реализации программы развития.3

III. Выполнение плана мероприятий.3

IV. Эффективность использования закупленного оборудования 18

V. Разработка образовательных стандартов и программ 33

VI. Повышение квалификации и профессиональная переподготовка научно-педагогических работников университета 34

VII. Развитие информационных ресурсов 37

VIII. Совершенствование системы управления университетом 41

IX. Обучение студентов, аспирантов и научно-педагогических работников за рубежом 48

X. Опыт университета, заслуживающий внимания и распространения в системе профессионального образования 49

XI. Дополнительная информация о реализации программы развития университета в 2012 году 50

2. Пояснительная записка

Отчет за 2012 год представлен по результатам реализации программы развития университета, утвержденной Приказом Минобрнауки от 26 июля 2010 года № 800, и содержит информацию о реализации этапа 4 согласно календарному плану.

3. Финансовые обеспечение реализации программы развития

Направление расходования средств	Расходование средств федерального бюджета (млн. руб.)		Расходование средств софинансирования (млн. руб.)
	План	Факт	План	Факт
Приобретение учебно-лабораторного и научного оборудования	420,00	420,0	28,70	28,822
Повышение квалификации и профессиональная переподготовка научно-педагогических работников университета	27,00	27,0	15,00	15,00
Разработка учебных программ			7,3	7,3
Развитие информационных ресурсов			20,00	33,661
Совершенствование системы управления качеством образования и научных исследований	3,00	3,00	19,00	19,00
Обучение студентов, аспирантов и научно-педагогических работников за рубежом
ИТОГО	450,0	450,0	90,0	103,783

4. Выполнение плана мероприятий

Таблица 1. Выполнение НИР и НИОКР в 2012 году

Количество НИР и НИОКР в рамках отечественных и международных грантов и программ (единиц)	Доходы от управления объектами интеллектуальной собственности, в т.ч. от реализации лицензионных соглашений, патентов и др. (млн. руб.)	Объем финансирования НИР и НИОКР (млн. руб.)
		Всего	В том числе в рамках международных и зарубежных грантов и программ
70		311,024	3,537

Таблица 2. Создание малых инновационных предприятий

Количество малых инновационных предприятий по состоянию на отчетную дату (единиц)		Число рабочих мест в этих предприятиях (единиц)		Количество студентов, аспирантов и сотрудников вуза, работающих в этих предприятиях (единиц)	Объем заказов, выполненных в отчетном периоде малыми инновационными предприятиями, созданными университетом (млн. руб.)
Всего	в 2012 году	Всего	в 2012 году	в 2012 году	Всего за время реализации программы развития	в 2012 году
35	10	399	40	25	58,5	20,303

Таблица 3. Участие в технологических платформах (ТП) и в программах инновационного развития компаний (ПИР)

Технологические платформы		Программы инновационного развития компаний
Всего	с 2012 года	Всего	с 2012 года
2	0	0	0

В соответствии с утвержденной программой развития ГОУ ВПО «ЮУрГУ» на период 2010–2019 г.г. (далее – Программой) целью является становление ЮУрГУ как университета мирового уровня, осуществляющего научные исследования и подготовку специалистов для решения задач повышения энерго- и ресурсоэффективности высокотехнологичных отраслей экономики и социальной сферы

Для достижения этой цели предусматривается решение следующих основных задач НИУ:

1. Развитие и повышение эффективности научно-инновационной деятельности;

2. Совершенствование образовательной деятельности, направленное на кадровое обеспечение высокотехнологичных отраслей экономики и социальной сферы;

3. Развитие кадрового потенциала;

4. Совершенствование системы управления университетом;

5. Развитие информационных ресурсов.

Эти задачи нашли свое конкретное воплощение в локальных задачах, решаемых в рамках приоритетных направлений развития (ПНР).

ПНР-1 Энергосбережение в социальной сфере

Направление «Контрольно-измерительных и функциональных устройств энергоконтролирующих и энергосберегающих систем»

Проводятся совместные научно-исследовательские работы с ФГУП «Завод Прибор» по созданию передовых технологий изготовления интеллектуального автоматизированного технологического комплекса управления энергосистемой зданий.

Направление «Ресурсосберегающих технологий в строительстве»

В рамках развития направления ресурсосберегающих технологий в строительстве получено высококачественное магнезиальное вяжущее из низкомарочных магнезиальных пород попутно добываемых с бруситом со сниженной на 200-300 оС температурой обжига. При производстве магнезиального вяжущего вещества основной технологической операцией является обжиг, качество проведения которого оказывает непосредственное влияние на качество получаемого вяжущего. При этом на обжиг расходуется примерно 85% от общего объема энергозатрат, поэтому полученное снижение температуры является существенным фактором для снижения потребления топливно-энергетических ресурсов. Кроме того, разработан магнезиальный газобетон с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Особенностями разработанного газобетона являются применение модифицированного магнезиального вяжущего, не требующего проведения тепловой обработки, и отсутствие одного из самых энергоемких материалов – цемента, что обуславливает его высокую энергоэффективность. В настоящее время в рамках развития данного направления ведутся исследования по разработке магнезиального пенобетона, модифицированного золем гидроксида железа, что позволит еще более сократить себестоимость материала и повысить его качество за счет отказа от использования газообразователя.

Направление «Диспетчеризация инженерных систем в ЖКХ »

На базе закупленного оборудования: «Исследовательский комплекс натурного моделирования и оптимизации режимов теплоснабжения зданий», «Исследовательский комплекс диспетчеризации инженерных систем зданий», «Исследовательский стенд беспроводных технологий передачи данных», «Автоматизированная управляющая информационно-измерительной система параметров тепло-, водо-, электроснабжения и наружного освещения комплекса зданий» планируется совместно с ЗАО «Российская приборостроительная корпорация «Системы управления» выполнение научно-исследовательской по теме:«Энергосберегающая геоинформационная система реального времени для оптимального управления тепло-гидравлическими режимами систем теплоснабжения муниципального образования». Проект направлен на создание и апробацию технологических, организационных, алгоритмических и конструкторских решений в области оптимального энергосберегающего управления системами теплоснабжения. Проект основан на макромоделировании и алгоритмах оптимального управления системами теплоснабжения на базе интеллектуальных систем балансировки с применением технологий ГИС. Целью проекта является решение задачи повышения качества работы муниципальных систем центрального теплоснабжения с помощью технологий, не требующих капитальных вложений и получение экономии тепловой и электрической энергии за счет оптимизации режимов работы тепловой сети и сокращения потерь энергии у потребителей.

В рамках решения проблем «Энергосбережения в социальной сфере» ПНР-1 разработаны теоретические основы энерго- и ресурсосбережения в ЖКХ и социальной сфере. Разработан метод управления режимами работы светодиодных светильников с передачей информации по питающей сети. На созданное для этих целей устройство получен патент. Создана экспериментальная распределенная автоматизированная система диспетчерского управления городским уличным освещением на основе современных полевых технологий. Разработано методическое и, на его основе, программное обеспечение проектирования процесса эволюционного внедрения энергоэффективных систем уличного освещения на основе инновационного технико-экономического механизма возвратноцелевого усиления бюджетного финансирования.

ПНР-2 Рациональное использование ресурсов и энергии в металлургии

1. Направление «Выращивание монокристаллических материалов»

В данном направлении за 2012 год проведен ряд работ в целях создания технологий получения монокристаллов, а также создания оборудования для получения магнитных и пьезокристаллов. А именно:

- введена в эксплуатацию установка для выращивания монокристаллов на затравку на воздухе с рабочей температурой до 1250 С, устройством вращения/вытягивания кристалла, объемом тигля – до 1 литра;

- опубликована статья (англ. яз.) в одном из ведущих журналов по выращиванию кристаллов Crystal Growth & Design (impact factor 4.8);

- проведена экспериментальная серия по получению монокристаллов феррита бария BaFe12O19 (BaO*6Fe2O3), легированных магнием Mg, алюминием Al, кремнием Si, серой S, кальцием Ca, скандием Sc, титаном Ti, ванадием V, хромом Cr, марганцем Mn, кобальтом Co, никелем Ni, медью Cu, цинком Zn, вольфрамом W;

- проведено исследование полученных образцов гексаферрита бария с помощью растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, магнитной силовой микроскопии;

- синтезированы составы растворов с различной концентрацией растворителя и BaO*9Fe2O3;

- принята в печать публикация (англ. яз.) THEORY AND PRACTICE IN PHYSICAL, MATHEMATICAL AND TECHNICAL SCIENCES, Международная Академия Науки и Высшего образования (МАНВО; Великобритания);

- проведена экспериментальная серия по получению монокристаллов сегнетоэлектриков – титаната свинца (чистого и легированного железом);

- с полученными образцами титаната свинца было проведено исследование состава (РЭМ), исследование структуры (РСА), исследование пьезо характеристик (АСМ);

- проведены отладочные эксперименты для подбора режима выращивания. В результате получены монокристаллы в двух опытах продолжительностью 100 часов. Произведен запуск на более продолжительное время для получения качественного материала достаточного размера для проведения исследований и испытаний;

- запущена в эксплуатацию две ростовый установки для выращивания монокристаллов феррита бария методом спонтанной кристаллизации;

- начат монтаж шести ростовых установок мощностью 1,5 кВт для выращивания на воздухе;

- получено положительное решение о выдаче Патента РФ на изобретение «Способ получения монокристаллов александрита»;

- достигнута договоренность о проведении исследований свойств полученных в рамках темы монокристаллов в рамках стажировки на оборудовании Московского физико-технического университета (г. Долгопрудный), Института физики СО РАН (г. Красноярск), Института геологии и минералогии СО РАН (г. Новосибирск), Лаппеенрантского технического университета (Финнляндия), ИНХ Университета Штуттгарта (Германия).

2. Направление «Разработка новых способов противофлокенной обработки поковок и устранение водородного охрупчивания сталей»:

а) завершена разработка теоретических основ технологии выделения водорода из крупных стальных заготовок вне печи с применением термоизолированных колпаков на основе анализа диффузионного выделения водорода на всех стадиях ковки и термообработки;

б) разработана теория и сделаны количественные оценки изменения ближнего порядка и обусловленного им изменения растворимости водорода в сплавах Fe–Pd в зависимости от длительности изотермической выдержки или скорости охлаждения;

в) опубликована 1 статья в зарубежном журнале и 3 статьи в журналах из списка ВАК;

г) сделан 1 доклад на международной конференции в России.

3. Направление «Разработка состава высокопрочных сталей нового поколения для магистральных газопроводов»:

а) изучено влияние высокотемпературной термомеханической обработки на структуру и свойства хромистой нержавеющей стали 20Х13, применяемой в газодобывающей промышленности для изготовления обсадных труб;

б) исследована склонность к деформационному старению стали 06Г2ФБ, применяемой для строительства магистральных трубопроводов в труднодоступных районах Крайнего Севера и сейсмически активных районах Забайкалья и Приамурья;

в) опубликовано две статьи в журналах из списка ВАК;

г) студентами, занимавшимися научной работой в рамках данного направления, защищены 1 магистерская диссертация и 1 квалификационная работа инженера.

4. Направление «Разработка новых материалов для авиакосмической промышленности и прогнозирование долговечности их эксплуатации и хранения»:

а) опубликованы 2 статьи в журналах из списка ВАК.

5. Направление «Исследование и моделирование кинетики фазовых превращений в сплавах железа с целью оптимизации их составов и режимов термической обработки»:

а) разработана новая теория кинетики фазового превращения в условиях исчерпания мест зарождения на границах зёрен, учитывающая реально наблюдавшуюся морфологию роста кристаллов феррита в сплавах Fe–Cr; сделаны количественны оценки кинетических параметров аустенит-ферритного превращения в этих сплавах;

б) опубликованы 2 статьи в журналах из списка ВАК;

г) студентами, занимавшимися научной работой в рамках данного направления, защищены 2 квалификационные работы инженера;

д) сделаны 3 доклада на международной конференции в России и 1 — в Германии.

6. Направление «Исследование влияния раскислителей на свойства малоуглеродистой стали»:

а) проведено более 30 плавок с различными вариантами раскислителей малоуглеродистого металла сплавами кальция, бария, кремния, алюминия и солевыми добавками NaCl, Na2CO3.

б) установлено, что раскисление сплавами Ca-Ba-Si-Al позволяет глобулизировать химические включения. Это эффект усиливают добавки NaCl, вводимые совместно с комплексными лигатурами.

7. Направление «Исследование фазовых равновесий различных многокомпонентных систем сопряженных с металлическими расплавами, с целью изучения фундаментальных основ конструирования композиционных материалов»

а) активное использование научно-исследовательского комплекса позволило подготовить и опубликовать научную статью «Механизм и кинетика процессов разрушения алюминиевого провода «ВЛ» при воздействии на него электрической дуги » («Электрометаллургия»);

б) подготовлено и опубликовано 9 научных статей.

в) подготовлен доклады для выступления на международных научно-технических конференциях «Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья – основа инновационного развития экономики России» (Москва) и «Нанотехнологии функциональных материалов» (Санкт-Петербург)

г) получено положительное решение о выдаче патентного документа «Способ получения композиционного листа»;

д) получен патент «Способ получения стальной трубной заготовки»;

е) ведется работа по автоматизации полупромышленной электрошлаковой установки А550: установка современной системы контроля и управления процессом плавки, конструирование устройства для вращения электрода, модернизация системы охлаждения и т.д.

ж) разработана электрическая схема для комплекса износостойкости

з) разработана и введена в проведение исследований машина центробежного литья с регулируемым количеством оборотов.

8. Направление «Получение металлических и композитных микропорошков из комплексных железо-титано-ванадиевых руд.

а) исследованы фазовые превращения нестехиометрических оксидных соединений и металлической фазы, образующихся в процессах твёрдофазного восстановления металлов из комплексных железо-титано-ванадиевых руд

б) получены металлические и композитные микропорошки, образующиеся в процессах твёрдофазного восстановления металлов из комплексных железо-титано-ванадиевых руд

ПНР-3 Энерго- и ресурсоэффективных технологий в дизелестроении для бронетанковой техники и инженерных машин

Направление «Совершенствование методов расчета сложнонагруженных и прецизионных трибосопряжений транспортных двигателей с учетом гидродинамического и граничного режимов трения, тепломассообмена и неньютоновских свойств смазочных материалов»:

1. Теоретически обоснована методика расчета конвективного переноса массы в смазочном слое подшипника; разработаны надежные алгоритмы численного интегрирования уравнения Элрода для степени заполнения зазора, отличающиеся простотой реализации и устойчивостью итерационной процедуры.

2. Устранено влияние на результаты расчета характеристик смазочного слоя коэффициента сжимаемости.

3. Выполнен сравнительный анализ результатов расчета характеристик смазочного слоя для статически нагруженных подшипников при двух типах граничных условий для гидродинамических давлений. Выявлено хорошее качественное и количественное совпадение расчетных протяженностей смазочного слоя, полученных при граничных условиях ЯФО с экспериментальными результатами.

4. Показано, что при расчете поля гидродинамических давлений в смазочном слое тяжелонагруженных подшипников, к которым относятся, в частности, подшипники поршневых машин, применение алгоритма сохранения массы является обязательным.

5. На основе уточненной методики расчета потерь на трение разработана более совершенная методика теплового расчета сложнонагруженных подшипников, позволяющая рассчитывать температуру смазочного слоя на каждом шаге расчета траектории движения шипа, а также учитывающая тепло, отводимое шипом и подшипником, эффект рециркуляции смазки из смазочного слоя в источники, расположенные на поверхностях шипа и вкладышей подшипника.

6. Разработан гибридный алгоритм, обеспечивающий приемлемую точность расчета ГМХ сложнонагруженных подшипников и сокращающий временные затраты на порядок. На примере шатунных подшипников коленчатого вала двигателей Ка-мАЗ-740.51-360, ДМ-21 выбраны наиболее рациональные схемы подачи смазки, для каждой из которых определены оптимальные параметры. Показано, что даже небольшие изменения конструктивных параметров подшипника, которые вполне возможно реализовать на практике, способствуют улучшению основных ГМХ в пределах 10–20%.

В ходе обобщения результатов параметрических исследований в решении проблемы снижения трибологических потерь на ранних этапах проектирования энергоэффективных двигателей были получены следующие результаты.

7. Доказано, что учет наличия на сопряженных поверхностях узла трения высоковязких слоев смазочного материала в наибольшей степени будет влиять на представление о механизмах «граничного» режима трения и согласование величины коэффициента трения с контактным давлением и скоростью скольжения.

8. Показано что, учет высоковязких граничных слоев должен повлиять на интерпретацию результатов измерения вязкости смазочных масел при установленных величинах зазора, например, при измерениях зависимости вязкости от скорости сдвига, предусмотренных стандартом SAE J300.

9. На основе разработанных алгоритмов, методик и математических моделей создан алгоритм расчета динамики сложнонагруженных подшипников жидкостного трения, который предусматривает учет неньютоновских свойств смазочного масла, конструктивных особенностей (источников смазывания), скоростного и нагрузочного режимов работы поршневой или роторной машины, а также процессы тепломассообмена в смазочных слоях и граничные режимы трения.

10. В качестве одного из способов снижения величины гидродинамических давлений в смазочном слое шатунных подшипников форсированных двигателей КамАЗ-740.51-360 и двигателя 6Т-370 является применение разностенных вкладышей. У конструкции подшипников с разностенными вкладышами величина гидродинамических давлений снижается на 6–12%. Использование моторного масла с улучшенными вязкостно-температурными свойствами (Shell Rimula Ultra XT SAE 5W–40) дополнительно снижает величину гидродинамических давлений на 10–18%, при этом толщина смазочного слоя увеличивается на 14–21%.

11. Разработана математическая модель микрорельефа шероховатости контактного слоя сложнонагруженных подшипников скольжения с обоснованием методов аппроксимации высот микронеровностей поверхностей трения.

12. Создан и зарегистрирован алгоритм решения задачи смазки гидродинамических трибосопряжений с учетом процессов тепломассообмена в смазочных слоях, граничных режимов трения и учета неньютоновских свойств смазочного материала.

13. Представлен новый метод оценки ресурса прецизионных сопряжений, учитывающий вид и уровень нагружения, фактические параметры шероховатости и триботехнические характеристики и предусматривающий конечно-элементный анализ теплового и напряженно-деформированного состояния сопряжений с различными способами моделирования микрорельефа шероховатости.

14. Разработаны новые технические решения, способствующие повышению ресурса трибосопряжений и получению новых зависимостей, связывающих ресурс с параметрами изнашивания и режимом работы дизеля для обоснования конструктивных параметров сложнонагруженных подшипников и распылителя при увеличении степени форсирования транспортных двигателей и снижении выбросов вредных веществ в отработавших газах.

15. Для изготовления опытной партии модифицированных распылителей проведена технологическая подготовка и разработана специальная технология производства изделий с модифицированными геометрическими характеристиками и гидравлическим трактом. Опытная партия распылителей прошла конструкторский и технологический контроль, и лучшие отобранные образцы приняты для оценки зазоров в прецизионных сопряжениях и параметров топливоподачи. К основным исследуемым техническим решениям, направленным на улучшение условий работы уплотняющего прецизионного сопряжения в ходе совершенствования конструкции распылителя отнесены: уменьшение длины направляющей части иглы и корпуса; уменьшение диаметра направляющей части иглы и корпуса; увеличение диаметра стержня иглы и развитие охлаждающей полости; увеличение числа топливоподводящих каналов; уменьшение хода иглы.

Кроме того, в процессе изготовления модифицированного распылителя, выполнено уменьшение площади контакта хвостовика иглы со штангой форсунки.

16. Проведение оценки механической нагруженности сопряжения сопровождается предварительным созданием модели контактного слоя, учитывающего особенности микрорельефа шероховатости поверхности. В результате микромеханического анализа контактного сопряжения, определены основные триботехнические параметры контакта (номинальное, контурное и фактическое давления, соотношение номинальной и фактической площадей контактирования, особенности распределения пятен фактического контакта по контактной поверхности, относительное сближение поверхностей и т.п.).

Направление «Оптимизация и снижение трибологических потерь для сопряжения "поршень-цилиндр" транспортных двигателей с учетом макро- и микрогеометрии поверхностей трения»:

1. Разработана математическая модель динамики и смазки трибосопряжения «поршень-цилиндр» с учетом макро- и микрогеометрии поверхностей трения и неизотермичности течения смазки в зазоре и алгоритм, ее реализующий.

2. Усовершенствован алгоритм оптимизации для использования при расчетах динамики трибосопряжения «поршень-цилиндр» с учетом макро- и микрогеометрии поверхностей трения и неизотермичности течения смазки в зазоре.

3. Создан и зарегистрирован расчетный программный комплекс для ЭВМ, обеспечивающий воспроизводимость результатов исследований.

4. Выполнены тестовые расчеты.

Разработан модифицированный алгоритм оптимизации трибосопряжения «поршень-цилиндр», базирующийся на решении многокритериальной задачи с выделением множества Парето и организации на нем поиска оптимального решения. Критериями качества системы «поршень-цилиндр» выступали основные гидромеханические характеристики (ГМХ), причем их список был дополнен протяженностью зон касания, т.е. участков траектории движения центра шипа (поршня), на которых минимальная толщина смазочного слоя меньше критического значения, оцениваемого величиной высот микропрофиля поверхностей трения сопряжения.

Разработанные в ходе выполнения работ методики и алгоритмы были реализованы в зарегистрированном расчетном программном комплексе, обеспечивающем воспроизводимость результатов исследований.

Для оценки адекватности разработанных методик и алгоритмов были выполнены тестовые расчетные исследования и проведен сравнительный анализ с экспериментальными данными и результатами расчета зарубежных исследователей.

Выполнены расчеты траектории движения поршня в цилиндре двигателя ЧВН15/16, которые свидетельствуют о вполне удовлетворительном качественном совпадении результатов на рассматриваемых режимах работы двигателя. Количественное различие объясняется принятыми допущениями в исходных данных, а также возникающими в процессе эксперимента погрешностями.

Используя разработанный алгоритм оптимизации, были проведены расчетные исследования сопряжения «поршень-цилиндр» двигателя ЧН 15/20,5 на режиме максимальной мощности. Тестовый расчет позволил выбрать для этого двигателя наиболее рациональные геометрические параметры поршня.

Разработанные методы расчета и программное обеспечение, выполненное на их основе, позволяют проводить расчетные исследования трибосопряжения «поршень-цилиндр» дизеля для разработки рекомендаций по конструктивному исполнению сопряжения с целью получения наилучших трибологических характеристик.

Результаты работы используются в образовательном процессе путём дополнения содержания существующих рабочих программ дисциплин: «Триботехника», «Рабочие процессы и основы расчета автомобилей», «Основы функционирования машин» и т.п. в части способов учета микрорельефа поверхности, создания конечно-элементных моделей для оценки теплового и напряженно-деформированного состояния сопряжения «поршень-цилиндр», трибологических методов повышения энергоэффективности современных двигателей внутреннего сгорания. Направление «Теоретические основы исследований нестационарных процессов тепломассообмена в тяжелонагруженных сопряжениях с учетом реологии жидких смазочных сред»:

1. Разработаны реологические модели смазочных масел, учитывающие неньютоновское поведение смазочного материала в условиях высоких давлений и скоростей сдвига.

2. Разработан алгоритм расчета динамики сложнонагруженного трибосопряжения с учетом новых реологических моделей жидких смазочных сред.

Направление «Разработка технологии производства унифицированного ряда высокофорсированных дизельных двигателей мощностью 650-900 л.с., (разработка рабочей конструкторской документации на двигатель в соответствии с технологией высокого форсирования дизельных двигателей), шифр «Дизель-Б»:

1. Выполнены расчетные исследования рабочего цикла, гидромеханических характеристик (ГМХ) трибосопряжений кривошипно-шатунного механизма (КШМ), теплонапряженности блок-картера и напряженно-деформированного состояния и граничных условий силового воздействия основных деталей КШМ форсированного шестицилиндрового рядного дизельного двигателя жидкостного охлаждения ЧН 13/15 (Дизель-Б).
2. Проведены расчеты параметров внутрицилиндровых процессов, определены гидромеханические характеристики основных трибосопряжений КШМ форсированного двигателя в зависимости от их геометрических параметров с учетом реологии моторного масла, а также упругих характеристик коленчатого вала и картера.
3. Выполнена оценка теплонапряженности блок-картера с применением конечно-элементных моделей и предварительной оценкой граничных условий, проведены расчеты теплового и напряженно-деформированного состояния и граничных условий силового воздействия коленчатого вала и шатунной группы.
4. На основе проведённых расчётных исследований выработаны рекомендации и приведены эскизы, подтверждающие выбор технических решений.

Направление «Выполнение комплекса расчетов по двигателю 12ТВ373С (шифр «Армата-ОД»):

1. Выполнены расчетные исследования основных гидромеханических характеристик трибосопряжений: экстремальной и средней за цикл работы двигателя толщины смазочного слоя и гидродинамических давлений; расходов смазки, в т.ч. расчет расхода смазки на угар в сопряжении «поршень-цилиндр»; потерь мощности на трение, температуры смазочного слоя, контактных параметров.
2. Выполнены расчеты гидромеханических характеристик трибосопряжений в зависимости от геометрических параметров подшипников коленчатого вала и профиля направляющей части поршня.
3. Представлены результаты расчетных исследований трибосопряжений на режимах номинальной мощности и максимального крутящего момента;
4. Представлены результаты экспериментальных исследований реологических параметров смазочного масла для уточнения расчетной модели смазывающей жидкости в основных трибосопряжениях дизеля;
5. Выполнен подбор класса вязкости моторного масла для применения его в высокофорсированном дизеле;
6. Выполнены расчеты теплового и напряженно-деформированного состояния и граничных условий силового воздействия основных деталей КШМ и ЦПГ двигателя 12ТВ373С: коленчатого вала, шатунной группы, поршня.

Направление «Разработка концепции комплекса математических моделей для расчета и оптимизации топливоподачи и рабочего процесса дизеля. Разработка математической модели процесса топливоподачи»:

1. Разработана модель воздушного потока, учитывающая следующие явления и параметры: нестационарность давления, температуры и скорости в процессах наполнения цилиндра свежим зарядом и последующего его сжатия, многомерный характер течения в камере сгорания внутрицилиндрового пространства, теплообмен и вязкое взаимодействие с поверхностями внутрицилиндрового пространства, вихревое отношение воздушного потока.

2. Разработана модель топливной струи, учитывающая следующие явления и процессы:

давление топлива перед распыливающими отверстиями, распад струи на выходе из сопла и мелкость распыливания, изменение температуры и давления рабочего тела в цилиндре в процессе впрыскивания, теплообмен с рабочим телом при испарении топлива, начальную температуру капель распыленного топлива и динамику ее изменения при теплообмене с рабочим телом и испарении, динамику изменения диаметров капель в процессе испарения, объемную неизотермичность и нестационарный прогрев с испарением в объеме и на поверхности камеры сгорания, вторичное аэродинамическое дробление жидких капель топлива в потоке.

3. Разработана модель образования топливовоздушной смеси, учитывающая следующие явления и процессы: многофазность рабочего тела, изменение температуры и давления рабочего тела в цилиндре в процессе впрыскивания топлива, взаимодействие топливной струи с воздушным потоком различной интенсивности и направления в объеме камеры сгорания, взаимодействие топливной струи со стенкой (поверхностью) камеры сгорания, образование топливной пленки и ее развитие по поверхности камеры сгорания в результате взаимодействия и под действием воздушного потока, масштаб турбулентности топливовоздушной смеси, динамику испарения, распределения испарившегося топлива в потоке и диффузию паров топлива в надпоршневое пространство, температурную и концентрационную неоднородности топливовоздушной смеси, локальный состав топливовоздушной смеси, доли объемного и пристеночного смесеобразования.

4. Разработана модель горения углеводородного топлива, учитывающая следующие явления и параметры:момент воспламенение топлива, изменение температуры, давления, объема, количества и состава рабочего тела в цилиндре в течение всего процесса сгорания в функции времени, тепловыделение от сгорания, теплоотдачу в стенки надпоршневого пространства, теплоотдачу на нагрев и испарение топлива, а также затраты теплоты на диссоциацию продуктов сгорания, физико-химические свойства топлива: элементарный состав, энергию активации, теплоемкость, теплоту парообразования, низшую теплотворную способность, физико-химические свойства рабочего тела: элементарный состав, теплоемкость, молекулярную массу, неравновесную кинетику химических реакций в турбулентном потоке, своевременность, продолжительность, характерность, монотонность и адиабатность горения топлива, образование, изменение состава и распределение продуктов сгорания по камере сгорания в зависимости от угла поворота коленчатого вала.

Направление «Разработка информационной системы приобретения услуг транспорта для крупного промышленного предприятия на основе оперативного тендера»:

1. Разработана методика расчета основных показателей и оценки эффективности функционирования действующей маршрутной сети городского пассажирского транспорта.
2. Разработаны математические модели и алгоритмы имитационного моделирования движения маршрутного транспорта и оценки загрузки остановочных пунктов.
3. Исследованы и разработаны модели многоуровневых транспортных систем, механизмы эффективного функционирования транспортных систем, зависимости характеристик транспортных потоков от структуры и конфигурации транспортной сети.
4. Разработано техническое задание на программу для ЭВМ, в соответствии с которым разработана программа «АРМ междугородных перевозок грузов». На данную программу для ЭВМ получено свидетельство об официальной регистрации).
5. Разработана и зарегистрирована база данных «Информационное обеспечение приобретения транспортных услуг на основе оперативного тендера (БД Транспортный тендер). Было разработано техническое задание на программу для ЭВМ, в соответствии с которым разработана программа «Транспортный тендер».
6. Результаты исследований были представлены на международном выставочном проекте «Бизнес в движении: транспорт, логистика, дороги, техника» и специализированной выставке «Транспорт. Дороги. Логистика» - отмечены дипломами.

Направление «Развитие транзитного потенциала транспортных систем: управление провозными возможностями магистралей транспортных узлов и перевозчиков»:

Разработаны модель взаимодействия транспортных систем различных видов транспорта; модель загрузки транспортных сетей транзитными потоками; техническое задание и программа для ЭВМ. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012616588.

ПНР-4 «Ресурсоэффективные технологии создания и эксплуатации комплексов морских баллистических ракет»

В рамках направления «Энергоустановки специального назначения» ведутся следующие работы:

1) Изучение внутренней баллистики твердотопливных газогенераторов и пиротехнических устройств. Для этого проводится экспериментальное исследование низкотемпературных газогенераторов, включающее: низкотемпературные газогенераторы с твёрдым охладителем, низкотемпературные газогенераторы на основе азида натрия, газогенераторы высокого давления, экспериментальное исследование разложения твёрдых охладителей

2) Разработка ЖРДУ с высокими энергомассовыми характеристиками. Экспериментальное исследование ракетных двигателей малой тяги, на экологически чистом топливе, включающее следующие этапы: схема организации рабочего процесса в камере РДМТ, результаты «холодных» испытаний, описание огневого стенда, результаты огневых испытаний камеры.

3) Создание новых перспективных средств измерения физических параметров рабочей среды. Разрабатывается современная теория формирования устойчивого вихревого гидродинамического следа за телом обтекания во внутренних течениях жидкостей и газов, включающая исследование структуры вихревого следа поперечном обтекании тела в круглом канале потоком жидкости и газа, а также гидрогазодинамические исследования течений в проточной части вихревых расходомеров (тестирование виртуального испытательного стенда).

4) Перспективные методы и технологии получения дисперсных материалов из их расплавов. В рамках решения этой проблемы проводится экспериментальное исследование взаимодействия газовых струй с расплавами металлов, включающее в себя следующие фазы:

- Исследование свойств и разработка технических требований к микропорошкам, пригодных для селективного лазерного спекания.

- Исследование технологий получения металлических микропорошков легкоплавких материалов и разработка технических требований к оборудованию. Технические требования к установке получения микропорошков легкоплавких металлов.

- Разработка программы и методики исследований свойств микропорошков. Технологическая инструкция производства микропорошков.

- Исследование влияния технологических режимов распыления расплава на свойства микропорошков чугуна, латуни. Программа и методика испытаний микропорошков).

- Патентные исследования. Отчет о патентных исследованиях.

- Разработка эскизного проекта опытной установки получения микропорошков легкоплавких материалов методом газодинамического распыления расплава. Эскизный проект установки получения микропорошков легкоплавких материалов УРМ-001М.

- Создание опытной установки получения микропорошков легкоплавких материалов методом газодинамического распыления расплава. Модернизированная опытная установка получения микропорошков легкоплавких металлов.

- Разработка программы и методики испытаний опытной установки получения микропорошков легкоплавких металлов и сплавов. Программа и методика испытаний опытной установки получения микропорошков легкоплавких металлов УРМ-001М.

5) Изучение влияния состава углеводородов на изменение реологических характеристик в области фазовых переходов в различных температурных диапазонах. Для этого проводятся исследования комплексных свойств углеводородов в области фазовых переходов. Исследовано влияние полиизобутилена на теплогидравлические характеристики ациклических углеводородов в области фазовых переходов.

В рамках направления «Стартовые комплексы и пневмогидросистемы ракет и космических аппаратов» ведутся следующие работы:

1. Разработка методики ускоренных испытаний рабочих жидкостей спецгидроприводов с использованием установок высоких давлений. Созданы экспериментальные модели оценки состояния спецгидроприводов с использованной разработанной ранее методики многофакторной оценки состояний сложных гидросистем на основе комбинированных систем виброакустического, тепловизионного, параметрического методов контроля.
2. Разработка теории поведения неньютоновских жидкостей в области фазовых переходов. Нарабатываются экспериментальные данные по движению неньютоновских жидкостей при сверхвысоких давлениях.
3. Разработка методов расчета аэродинамических устройств (пневмозатворов) вспомогательных систем Проведены экспериментальные исследования аэродинамических устройств (пневмозатворов). Разработана методика расчета и проектирования аэродинамических устройств с минимальным энергопотреблением.
4. Расчеты полей скоростей течения жидкости в гидроаппаратах в стартовых комплексах. Разработка математической модели, проведение численных экспериментов По рассчитанным полям скоростей (с использованием пакетов численного моделирования) были найдены значения гидродинамических сил, появляющихся при обтекании запорнорегулирующих элементов в гидроаппаратах стартовых комплексов. Это позволило определить величины силового воздействия жидкости на золотники, которое напрямую влияет на устойчивость, как положения исследуемого золотника, так и гидросистемы в целом. Построена математическая модель, связывающая между собой основные параметры потока, типы течения жидкости и потери энергии при ее перемещении и завихрении была дополнена расчетной функциональной зависимостью гидродинамической силы, что позволит рассчитать распределение полей скоростей с учетом движения элементов конструкции гидроаппаратов.
5. Математическая модель и численный анализ рабочего процесса гидроструйного компрессора. Проанализированы пути оптимизации водовоздушного струйного насоса на основе экстремальных характеристик. Показано, что существенное повышение эффективности работы водовоздушного струйного насоса возможно за счет снижения противодавления, применения диффузора и побудителя пассивного потока. Предложено конструктивное решение по снижению давления за струйным насосом.

В ходе развития направлений «Статические и динамические испытания» и «Имитационное моделирование и полунатурная наземная отработка конструкций» с использованием поставленного комплекта оборудования для модальных и вибродинамических испытаний конструкций и систем аэрокосмической техники проведены следующие работы:

1. Разработана и изготовлена оснастка для проведения вибрационных испытаний материалов на усталость металлических и неметаллических материалов при случайном нагружении на электродинамическом вибростенде V780.

2. Разработаны виды (типы) образцов из неметаллических материалов для проведения вибрационных испытаний материалов на усталость на электродинамическом вибростенде V780 при случайном нагружении.

3. Разработана методика и программа компьютерного расчета параметров кривых усталости и предела выносливости при случайном нагружении образцов из металлических и неметаллических материалов с целью получения характеристик кривой усталости и построение самой кривой усталости.

4. Выполнен обзор методов частотных и модальных испытаний изделий и их элементов а так же обзор методов идентификации математических динамических моделей по результатам частотных и модельных испытаний.

5. Разработаны и изготовлены конструкции объектов для тестовых динамических испытаний, приспособления для тестовых динамических испытаний объектов, приспособления для виброиспытаний тензопреобразователя.

6. Разработана расчетная модель тензопреобразователя и проведена ее верификация на основе выполненных динамических испытании.

Планируется выполнение опытно-конструкторских работ по созданию высокотехнологичного производства, осуществляемая в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. N218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений, государственных научных учреждений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства» при сотрудничестве ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) и открытого акционерного общества Верхнеуфалейский завод «Уралэлемент» (ОАО «Уралэлемент») по проекту: "Организация высокотехнологичного производства унифицированных модулей накопителей электроэнергии на основе литий-ионных аккумуляторов". В ходе работ планируется создание параметрического ряда унифицированных модулей накопителей электроэнергии на основе литий-ионных аккумуляторов, предназначенных для применения в качестве основной структурной единицы в устройствах накопления, хранения и преобразования электроэнергии с повышенной энергоэффективностью. На базе закупленного научно-исследовательского комплекса электронных приборов и устройств в системах энергосбережения планируется разработать модуль управления и контроля технического состояния, предназначенный для управления процессами заряда-разряда накопительных элементов, а также для мониторинга текущего технического состояния накопителя энергии.

В рамках развития физического направления:

Разработан метод определения фазовых характеристик и эффективных параметров сложных поляризационных систем с учетом интерференции многократных переотражений, являющийся по существу поляриметрическим. В основе метода лежит разработанная модель преобразования когерентного излучения при прохождении его через структурированную анизотропную среду

Экспериментально продемонстрировано, что поляризационная система, состоящая из двух фазосдвигающих элементов с переменными фазовыми сдвигами, по своим поляризационным свойствам эквивалента системе из четырех простейших элементов: вращателя, линейного фазосдвигателя, циркулярного и линейного поляризаторов.

Экспериментально продемонстрирована возможность создания полого цепочно-образного пучка, исследована дифракция этого пучка на щели, экспериментально и на основе компьютерного моделирования продемонстрирован спиралеобразный характер течения энергии в изначально аксиально симметричном пучке.

Получен новый нанокомпозитный материал с ориентировочным показателем преломления 1,97 и малым уровнем рассеяния. Материал получен на основе фоторезиста SU-8 с объемным содержанием наночастиц TiO2 38%.

Экспериментально и на основе компьютерного моделирования показано, что увеличение нелокального отклика фоторефрактивной среды с достаточной подвижностью фотозарядов приводит к увеличению эффективности энергообмена между экранированными когерентными солитонными пучками в знакопеременном поле, синхронизированном по фазе с интенсивностью излучения.

Разработан и протестирован метод определения комплексных амплитуд мод оптического волокна с помощью генетического алгоритма и продемонстрирована возможность его использования для определения модового состава излучения, распространяющегося в оптическом волокне.

Предложен и теоретически обоснован волоконно-оптический интерференционный метод создания световых пучков с неоднородным по сечению пучка состоянием поляризации. Показано, что эллиптичность излучения в каждой точке сечения определяется соотношением интенсивности излучения, выходящего из разных плеч волоконно-оптического интерферометра, а наклон большой оси эллипса зависит от разности фаз излучения, выходящего из разных плеч волоконно-оптического интерферометра

Экспериментально продемонстрирована возможность преобразования светового пучка с нулевым орбитальным моментом и спиновым моментом в световой пучок с нулевым спиновым моментом и орбитальным моментом . Преобразование спинового момента фотона в орбитальный момент происходит при распространении циркулярно поляризованного излучения в оптическом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления.

ПНР-5 Суперкомпьютерные и грид-технологии в решении проблем энерго- и ресурсосбережения

Ведется разработка вычислительного инженерного сервиса «Газо- и термодинамика газоходов и газоотражателей стартового комплекса». Данный сервис базируется на компьютерной модели стартового комплекса, состоящего из стартового стола, газоотражателя и газохода отработавших газов. Основное назначение разрабатываемого вычислительного сервиса- исследовательские работы в области проектирования газоходов стартовых комплексов. Этот сервис обеспечит проведение следующего перечня учебно-исследовательских и лабораторных работ:

1. Формирование конфигурации газоходов стартовых устройств с различными углами наклона, длинами и поперечными сечениями секций газоходов.

2. Изучение развития и распространения сверхзвуковой высокотемпературной струи РД с учетом циклограммы выхода двигателя на режим и отрывных течений в сопле.

3. Изучение взаимодействия струи с газоотражателем, растекания струи по газоотражателю в реальном режиме времени и в дискретные моменты времени. Определение полей давления и температуры на газоотражателе.

4. Изучение взаимодействия растекающих струй со стенками газоходов в реальном режиме времени и в дискретные моменты времени. Определение полей давления, температуры на стенках секций газоходов и полей скоростей двухфазной газодинамической среды в газоходах.

5. Определение полей давления, температуры на стартующую ракету от истекающих газов из стартового сооружения.

На сегодняшний создана компьютерная модель стартового комплекса, определен перечень параметров, подлежащих конфигурированию и проводятся тестовые расчеты на суперкомпьютере.

По направлению «Создание математического и программного обеспечения для автоматической генерации распределенных виртуальных испытательных стендов, позволяющих оптимизировать процесс инженерного проектирования и анализа новых или модернизируемых изделий и технологических линий в металлургии, машиностроении и энергетике» была разработана технология предоставления сервисов удаленной интерактивной визуализации для решений инженерных задач, полученных посредством распределенных виртуальных испытательных стендов. Предложенная технология обеспечивает пользователю доступ к результатам визуализации решения CAE-задачи в рамках РаВИС посредством массива виртуальных машин под управлением гипервизора Xen, одна из которых содержит веб-службу, посредством которой предоставляется функционал сервиса, а остальные поддерживают сессии визуализации решений CAE-задач. Технология организации удаленного доступа посредством технологии noVNC позволяет организовать удаленный доступ к системе визуализации непосредственно из браузера пользователя, без необходимости установки дополнительного программного обеспечения.

Совместно с Суперкомпьютерным центром научно-исследовательского центра г. Юлиха (Германия) была спроектирована и реализована проблемно-ориентированная система планирования и предоставления ресурсов распределенной вычислительной среды на основе планирования потоков работ в проблемно-ориентированных распределенных вычислительных средах. Данный подход позволяет учитывать при планировании выделяемых вычислительных ресурсов проблемно-ориентированные аспекты поставленной задачи, что позволяет значительно повысить качество планирования и уменьшить время простоя вычислительных систем.

По направлению «Разработка технологических основ создания компьютерных моделей человеческого тела с учетом кожных покровов, соединительных тканей, мышц и внутренних органов для суперкомпьютерного моделирования задач, связанных с получением качественно новых видов одежды, средств защиты и реабилитации человека и др. применения» построена точная 3D-модель позвоночника человека с помощью системы компьютерной графики SolidWorks. Для того чтобы построить точную 3D-модель был проведен анализ рентгеновских снимков и снимков томографии позвоночника нескольких человек мужского пола (среднего возраста 30-40 лет). Реальные размеры позвонков, межпозвоночных дисков, отростков были определены по рентгеновским снимкам, т.к. рентгенограмма представляет собой плоское изображение трёхмерного объекта в натуральную величину. С использованием суперкомпьютерного моделирования определено вибронагруженное состояние позвоночника. Проведено экспериментальное определение механических свойств мышечной ткани. Проведено моделирование математической модели деформирования мышц.

Разработаны математические и компьютерные модели для изучения процессов, происходящих в тканевых бронепластинах (бронежилетах) при ударе индентором. Модели позволяют использование баллистических тканей из Кевлара и Дайнима, учитывают характер переплетения нитей, возможность образования фрикционных контактов и больших относительных смещений нитей.

По направлению «Разработка теоретических основ построения качественно новых высоко-масштабируемых методов и алгоритмов для решения задач моделирования социально-экономических процессов» были проведены следующие теоретические разработки: была доказана теорема устойчивого фейеровского отображения для параллельного алгоритма решения задачи сильной отделимости. В рамках исследования по теме «Методы оценки степени адаптивности государства и их программная реализация» позволяет разработать методики учета показателей адаптивности при формировании тарифной и налоговой политики государства. На данном этапе важнейшими практическими результатами стало построение системы показателей для оценки степени адаптивности государства и разработка программной системы для их автоматизированного расчета на базе суперкомпьютерной системы. Дальнейшая работа с моделью может дать значительные практические результаты, например, по результатам аналогичной оценки затрат временных ресурсов возможно дать рекомендации по оптимизации срока пересмотра количественных параметров тарифного регулирования по отраслям, налогового законодательства, антимонопольного, земельного законодательства и т.д., указать общее направление этих изменений.

По данному направлению в 2012 году была защищена одна кандидатская диссертация: Ершова А.В. Итерационные методы и алгоритмы решения задачи сильной отделимости: Дис. канд. физ.-мат. наук: 05.13.17

По направлению «Разработка теоретических основ эффективного распараллеливания обработки запросов в системах баз данных для многопроцессорных многоядерных архитектур с большой суммарной оперативной памятью, работающих в грид-средах» разработан прототип параллельной СУБД Омега++ для кластерных вычислительных систем на базе многоядерных процессоров. Прототип используется для проведения научных экспериментов по проверке различных идей в области параллельной обработки запросов к реляционным базам данных (стратегии фрагментации и репликации данных, алгоритмы балансировки нагрузки и др.).

Проведены эксперименты на суперкомпьютере "СКИФ-Аврора ЮУрГУ" по исследованию эффективности параллельной СУБД PargreSQL, разрабатываемой путем внедрения параллелизма в последовательную свободную СУБД PostgreSQL. В данных экспериментах СУБД PargreSQL показала близкое к линейному ускорение при выполнении простых запросов.

Предложен новый подход к решению задачи разбиения сверхбольших графов (имеющих миллионы узлов и/или ребер) на основе использования представления графа в виде реляционной таблицы и реализации разбиения в виде набора SQL запросов к параллельной СУБД PargreSQL. Проведены эксперименты, показавшие при использовании СУБД PargreSQL ускорение, близкое к линейному, для случая сверхбольшого графа, разбиение которого невозможно осуществить при помощи сторонней утилиты, размещающей граф и промежуточные данные в оперативной памяти.

В рамках междисциплинарного научного проекта с участием специалистов факультета Физической культуры и спорта спроектирована и реализована система сбора и хранения необработанных данных физиологических исследований. Реализована подсистема импорта, выполняющая очистку и импорт необработанных данных физиологических исследований в хранилище данных. Для доступа к хранимым данным реализован тонкий клиент в виде веб-портала.

5. Эффективность использования закупленного оборудования

ПНР-1

В рамках приоритетного направления развития «Энергосбережение в социальной сфере» НИУ в 2012 г. в целях дальнейшего развития материально-технической базы созданной в 2011 г. лаборатории "Проблем энергосбережения в ЖКХ и социальной сфере" в первом полугодии 2012 г. было закуплено уникальное оборудование.

Исследовательский комплекс по разработке энерго- ресурсосберегающих технологий эксплуатации водохозяйственного комплекса промышленного города и комплект оборудования для разработки энерго- и ресурсосберегающих систем водоподготовки и технологий водоснабжения и водоотведения в системе ЖКХ предназначены для разработки высокоэффективной технологии защиты грунтовых вод от загрязнения стоком с промышленных территорий на основе применения осадков сточных вод. Решаемые задачи: выявление и анализ механизмов загрязнения грунтовых вод промышленными сточными водами, оценка фильтрационных способностей различных типов хвостохранилищ инфильтрации атмосферных осадков, нахождение закономерностей взаимодействия осадков сточных вод и хвостов обогатительной комбината, разработка оптимальных параметров биоконсервационного слоя

Комплект оборудования для испытания зданий и сооружений, малогабаритная буровая установка для лаборатории механики грунтов, комплект оборудования акустико-эмиссионной диагностики для лаборатории мониторинга и диагностики строительных конструкций зданий и сооружений приобретены для научного сопровождения и мониторинг проектируемых и строящихся уникальных зданий и сооружений, а также зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации. Решаемые задачи: управление состоянием строительных систем, применение информационных технологий при обследовании и оценке технического состояния несущих и ограждающих конструкций промышленных и гражданских зданий, разработка новых конструктивных решений стальных конструкций с учетом воздействия коррозионных сред, экономическая оценка эффективности реконструкции и усиления строительных конструкций зданий и сооружений.

Исследовательский комплекс для разработки высокоэффективной энергосберегающей технологии утилизации отходов системы водоотведения жилищно-коммунального хозяйства предназначен для установления закономерностей изменения теплотворной способности осадка сточных вод при добавлении к нему окислителей. Решаемые задачи: анализ имеющихся веществ, используемых в качестве горючего и окислителя, изучение структурных, механических, теплотворных и физико – химических свойств осадка сточных вод, определение методов и средств установления теплотворной способности осадков сточных вод, разработка технологии создания высокоэффективных видов топлив, разработка мероприятий, снижающих вредное воздействие на окружающую среду, при использовании топлива на основе осадка сточных вод, разработка номенклатуры топливных смесей на основе осадка сточных вод.

Комплект оборудования для полевых испытаний грунтов для лаборатории механики грунтов и георадарный комплекса для лаборатории мониторинга. Необходимы для повышения достоверности прогнозирования длительной совместной работы грунтовых оснований с контактирующими с ними элементами зданий и сооружений. Цель: с достаточной степенью надежности более полно использовать потенциал несущей способности системы: грунтовое основание — фундамент — надфундаментные конструкции, что в итоге позволит получить более экономичные, по сравнению с существующими, конструктивно-технологические решения фундаментов и сооружений, работающих совместно с грунтом.

Закупленные и используемые университетом газопоршневые машины имеют современные технические решения по КПД, полноте и чистоте сжигания газа, подстройку под частоту токов внешних сетей, полностью автоматическую систему управления, вынесенный удалённый пункт диспетчеризации, включая управление настройками. Эти заводские опции исполнения фирмы ELTEKO (Словакия) дополнены решениями университета при создании электростанции:

- внедрена система утилизации тепловой энергии присоединением теплосетью к центральному тепловому пункту, как второй, но приоритетный источник тепловой энергии;

- реализовано устройство дымоотведения с использованием старой кирпичной дымовой трубы,

- дополнительно электростанция оснащена датчиками и анализаторами всех процессов (объём и качество топливного газа, электро-, теплоэнергии, газового выхлопа);

- установлена система телемеханизации с передачей аварийного управления электростанции в центральную диспетчерскую городских электросетей.

Электростанция работает в автоматическом режиме, не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала. Однако, университетом для своевременного анализа режимов работы, настройки процессов сбора и передачи текущих данных организована круглосуточная энергосервисная служба.

При фактической генерации собственной тепловой и электрической энергии получается себестоимость ресурсов в 2 раза ниже, чем приобретаемая у стандартных монопольных поставщиков, и фактически указывает на срок окупаемости начальных вложений за 3 года. Эффективная себестоимость объясняется отсутствием потерь при передачи к потребителям, управлением мощностью при перемене нагрузок, аппаратными настройками при работе с внешними сетями и т.д.

Мониторинг и управление потреблением энергоресурсов осуществляется с помощью реализованной автоматизированной системы диспетчеризации, включающей модули учета потребления тепловой, электрической энергии и воды, а также управления теплоснабжением и наружным освещением зданий университетского городка.

Эффективность использования комплекта оборудования для исследования режимов работы системы электроснабжения; трансформаторы тока 0,66 кВ:

с помощью данных комплектов оборудования производится накопление ретроспективных данных по расходам электроэнергии, которые будут статистически обрабатываться при накоплении трехлетних ретроспектив. Последние образцы оборудования были введены в работу в сентябре 2012 года, продолжается работа по отладке метрологических характеристик. В настоящее время на основании полученных данных разрабатываются методики и алгоритмы оптимизации систем электроснабжения по различным критериям. По результатам работы системы получена реальная картина распределения потоков активной и реактивной электроэнергии (мощности) между здания кампуса ЮУрГУ в начале 2012 года. Произведены измерения показателей качества электроэнергии на подстанции РП27. В 2012 году с помощью измерительных данных, накопленных системой, осуществлено энергетическое обследование комплекса зданий ЮУрГУ. Найдены нерациональные потоки электроэнергии и определены альтернативные конфигурации системы электроснабжения с появлением новых собственных источников электроэнергии, позволяющие снизить значения технических потерь и ежегодно экономить до 550000 кВт.ч электроэнергии.

В рамках ПНР-1 прошли защиту 3 кандидатских и 1 докторская диссертации.

Подана заявка совместно с ФГУП «Завод Прибор» по 218 Постановлению «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений, государственных научных учреждений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства»:

- «Организация высокоэффективного производства автоматизированного энергетического комплекса гибридной генерации, аккумуляции и потребления энергии для одно- и многоквартирных жилых зданий (концепция «Active House» – «активный дом»).

Общий объем выполненных НИР и ОКР за 2012 год составил 188,152 млн. рублей, опубликовано 147 статей по тематике данного приоритетного направления развития, зарегистрировано 53 объекта интеллектуальной собственности.

ПНР-2

В рамках реализации приоритетного направления № 2 «Ресурсо- и энергоэффективность в металлургии» за период реализации программы НИУ «ЮУрГУ» было закуплено научное и учебно-лабораторное оборудование, оно позволило существенно повысить эффективность научной работы.

Исследовательский комплекс «Gleeble 3800».

Межфакультетская лаборатория «Физическое моделирование термомеханических процессов» создана приказом ректора от 30.11.2011 года на базе исследовательского комплекса Gleeble-3800, запущенного в эксплуатацию 15.12.2011г. Штат лаборатории состоит из трех молодых сотрудников. Штатные сотрудники лаборатории в октябре 2011 году прошли двухнедельное обучение в Санкт-петербургском политехническом университете, а в июне 2012 году – двухнедельное обучение в компании Dynamic Systems Inc. (США) – производителе комплекса.

В течении 2012 года лабораторию посетили многочисленные делегации промышленных и научных организаций, проявившие безусловный интерес к уникальным возможностям комплекса Gleeble-3800. Среди крупных потенциальных заказчиков, выразивших заинтересованность к сотрудничеству с ЮУрГУ, следует выделить: ОАО «РОСНИТИ» г. Челябинск, ОАО «МЕЧЕЛ» г. Челябинск, ОАО «ЧТПЗ» г. Челябинск, ОАО «Уральская кузница» г. Челябинск, ОАО «КОМПОЗИТ» г. Королев, ФГУП «ВИАМ» г. Москва, ОАО «Миасский машиностроительный завод» г. Миасс, ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» г. Верхняя Салда.

Кроме того, комплекс Gleeble-3800 был презентован на территории потенциальных клиентов: ОАО «ОРМЕТО-УЮМЗ» (г. Орск), ОАО «Трубодеталь» (г. Челябинск), ОАО «КОМПОЗИТ» (г. Королев), а также на конференции «Уральская школа металловедов» (г. Магнитогорск). Информационные материалы о возможностях комплекса разосланы по крупным предприятиям Уральского региона. В ходе визита на ОАО «КОМПОЗИТ» был составлен детальный план совместных исследований.

В итоге, в течение десяти месяцев 2012 года лаборатория работала в рамках двух подписанных договоров: с ОАО «РОСНИТИ» (г. Челябинск) и с Орским гуманитарно-технологическим институтом (филиал Оренбургского государственного университета).

В рамках договора с ОАО «РосНИТИ» выполнялись исследования деформационного поведения трубных нержавеющих сталей 20Х13, 15Х13Н2, 08Х18Н10Т и 32Г2. Сняты кривые упрочнения исследуемых сталей при различных температурах и скоростях деформирования. Были определены температурно-деформационные интервалы протекания динамической рекристаллизации. Полученные данные предполагается использовать для оптимизации режимов прокатки обсадных труб.

В рамках договора с Орским гуманитано-технологическим институтом (филиал Оренбургского государственного университета) выполнялось изучение фазовых структурных превращений в новых инструментальных сталях 70Х3Г2ФТР, 70Х3Г2ВТБ, 75Х3МФ для производства прокатных валков на Орском металлургическом комбинате. Путем дилатометрических исследований определены критические точки сталей, построены термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита, изучена микроструктура сталей. Выполненые работы позволяют выбрать оптимальный режим термической обработки исследуемых сталей.

В ходе совместной работы с ОАО «ЧТПЗ» проводилось физическое моделирование нагружений по схеме сжатие-растяжение, имитирующее деформацию внутренних, центральных и наружных слоев металла в процессе производства труб в ТЭСЦ «Высота 239», а точнее при подгибке кромок, формовке, экспандировании и правке. Целью проведения работы является создание зависимостей механических свойств трубных сталей от различных видов воздействий.

Подготовлен, согласован и в ближайшее время будет подписан договор с ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА». В рамках этого договора будет выполняться научно-исследовательская работа по исследованию сопротивления деформации титановых сплавов при температурах и скоростях деформации, характерных горячей объёмной штамповки на гидровинтовых прессах.

УРМ-002

С использованием данного оборудования ведутся работы по распылению тугоплавких активных металлов, в том числе совместно с зарубежными (французскими) коллегами во главе с профессором Смуровым, есть выигранный грант на 2 года - 2012-2013. В основном планируется отработка технологии, всестороннее математическое моделирование, возможна модернизация установки УРМ-002 в части получения замкнутого цикла использования инертного газа.

Прибор определения удельной поверхности. Данное оборудование применяли при выполнении следующих НИР:

«Исследование прочности бетона фундамента туннельной печи» ООО «Керамик-Ресурс» (г. Коркино) 62 000 рублей.

«Исследование высокоэффективных магнезиальных материалов для внутренней отделки» ООО «Магний» (г. Копейск) 10 000 рублей.

«Получение цементных композиционных материалов строительного назначения» ООО «Завод Железо-Бетонных изделий Рудоуправления» (г. Миасс) 25 000 рублей.

«Исследование процесса обжига доломита Саткинского месторождения с целью получения вяжущего строительного назначения» ООО «Группа Магнезит» (г. Сатка) 400 000 рублей.

Спектрометр УФ и видимого диапазона спектра UV-2700 (Shimadzu)

Спектрометр является двухлучевым, оборудован двойным монохроматором, укомплектован интегрирующей сферой – приставкой для анализа на диффузное/зеркальное отражение и пропускание твердых и жидких образцов, термостатированным держателем кювет CPS-240A с охлаждением Пельтье и USB адаптером, держателем пленок/светофильтров литой кварцевой кюветой с крышкой, управляющей станцией и источником бесперебойного питания. В комплекте с прибором поставлены программные пакеты: для определения характеристик цветности «Color Measurement software» и для определения толщины плёнок «Film Thickness measurement software».

На приборе проводятся исследования истинных и коллоидных растворов, в частности определяется оптическая плотность, вычисляются концентрации веществ, проводятся кинетические исследования в реакционных системах. Прибор используется в учебных и научных целях. В учебных целях – для выполнения выпускных квалификационных работ студентами-бакалаврами и магистрантами (всего 5 ВКР бакалавров и 4 ВКР магистрантов). В научных целях – для выполнения научных исследований в рамках четырёх научных грантов (3 гранта ФЦП и грант, выполняемый по темплану Минобрнауки РФ).

По результатам исследований на данном приборе опубликовано 5 статей в журналах из Перечня ВАК и 1 статья в журнале, индексируемом в Web of Science.

Синхронный термический анализатор Netzsch STA Jupiter 449 F1

Данный прибор укомплектован платиновой печью, позволяющей работать от комнатной температуры до 1500 С, а также форвакуумным и турбомолекулярным насосами для работы в глубоком вакууме. В комплекте с прибором поставлено программное обеспечение, включающее Thermokinetics 3.0 и Thermomodulation.

На приборе проводятся прецизионные исследования органических и неорганических веществ, в которых определяются стадии термолиза и кинетика термодеструкции. При помощи программного обеспечения, помимо непосредственной обработки данных, производится расчёт кинетических параметров, основанный на результатах изотермических или неизотермических экспериментов (изоконверсионный анализ). С помощью программы Thermokinetics 3.0 реализуется возможность обработки данных термического анализа с использованием модельного и безмодельного подходов. Результатами термокинетического анализа являются представления о механизме химической реакции и предсказание поведения материала, его стойкости, при различных температурах и режимах термообработки.

Прибор используется в учебных и научных целях. В учебных целях – для выполнения выпускных квалификационных работ студентами-бакалаврами и магистрантами (всего 5 ВКР бакалавров и 4 ВКР магистрантов). В научных целях – для выполнения научных исследований в рамках четырёх научных грантов (3 гранта ФЦП и грант, выполняемый по темплану Минобрнауки РФ).

По результатам исследований опубликовано 6 статей в журналах из Перечня ВАК и 2 статьи в журнале, индексируемом в Web of Science.

Аналитический комплекс на базе газового хромато-масс спектрометра Shimadzu Ultra GCMS QP2010

Хромато-масс-спектрометр  модели GCMS-QP2010Ultra используется для качественного и количественного химического анализа органических и неорганических веществ. Прибор применяется для установления структуры новых синтезированных соединений, для контроля направления протекания реакций.

Прибор используется в учебных и научных целях. В учебных целях – для выполнения выпускных квалификационных работ студентами-бакалаврами и магистрантами (всего 3 ВКР бакалавров и 1 ВКР магистрантов). В научных целях – для выполнения инициативных научных исследований и исследований в рамках одного научного гранта, выполняемый по темплану Минобрнауки РФ.

Система автоматического титрования Metrohm 905 Titrando

Система позволяет проводить: кислотно-основное, окислительно-восстановительное, аргентометрическое, комплексонометрическое, амперометрическое, кондуктометрическое, фотометрическое титрование; титрование в режимах: до конечной точки с кондиционированием, монотонное до точки эквивалентности, динамическое до точки эквивалентности, ручное титрование, манипулирование жидкостями;  параллельное титрование;   ионоселективные измерения (прямых или методом добавок).

Прибор используется в учебных и научных целях. В учебных целях – для выполнения выпускных квалификационных работ студентами-бакалаврами и магистрантами (всего 2 ВКР бакалавров и 1 ВКР магистрантов). В научных целях – для выполнения инициативных научных исследований.

Монокристальный дифрактометр Bruker D8 Quest

Дифрактометр укомплектован графитовым монохроматором, молибденовой и медной рентгеновскими трубками с возможностью /2 сканированием. Дифрактометр применяется для проведения одночастотных опытов c применением детектора нового типа PHOTON 100 CMOS. Данный детектор основан на принципах DAVINCI.DESIGN, разработан с высокой степенью модульности и представлен в конфигурациях с полным воздушным охлаждением. Данный прибор имеет гониометр с областью искажения менее 7 микрометров, чтобы позволяет снимать дифрактограммы с малых образцов. Данный прибор укомплектован программным обеспечением: APEX2 - полным пакетом для химической кристаллографии и PROTEUM2 с новой магистралью обработки данных.

Прибор используется в учебных и научных целях. В учебных целях – для выполнения выпускных квалификационных работ студентами-бакалаврами и магистрантами (всего 1 ВКР бакалавров и 1 ВКР магистрантов). В научных целях – для выполнения инициативных научных исследований и научных исследований в рамках одного научного гранта, выполняемый по темплану Минобрнауки РФ.

Общий объем выполненных НИР и ОКР за прошедший этап составил 39,03 млн. рублей прошли защиту 2 кандидатских диссертации, опубликовано 226 статей по тематике данного приоритетного направления развития, зарегистрировано 14 объектов интеллектуальной собственности.