WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Математические науки

1. Современные проблемы теоретической математики.

Доказано, что дистанционно регулярный граф, в котором окрестности вершин изоморфны графу Хофмана-Синглтона, является графом Тервиллигера. Окрестность вершины в любом известном дистанционно регулярном графе Тервиллигара является графом Мура, т.е. сильно регулярным графом с =0, =1 и k=2,3,7.57 (и граф Мураявляется пятиугольником, графом Петерсена, Хофмана-Синглтона или графом Ашбахера соответственно). При этом существует единственный локально пятиугольный граф (граф икосаэдра) и три локально Петерсеновских графа (все дистанционно регулярные и один из них – не граф Тервиллигера). Существование локально Хофмана-Синглтоновых графов неизвестно.

Доказано, что в конечной простой группе лиева типа над полем нечетной характеристики p с неабелевой силовской 2-подгруппы S существует единственная максимальная S-инвариантная подгруппа, порядок которой не делится на 2 и p. Этот результат уточняет классификацию максимальных 2-сигнализаторов в конечных простых группах, полученную А.С. Кондратьевым и В.Д. Мазуровым.

Гипотеза о том, что в любой конечной группе G пересечение некоторых пяти сопряженных с разрешимой -холловой подгруппой равно O(G), сведена к случаю почти простых групп и подтверждена для групп с знакопеременным или спорадическим цоколем.

Решена задача о минимальном значении по компактам (числовой оси) заданной меры наименьшего равномерного уклонения от нуля на компакте тригонометрических полиномов с фиксированной старшей гармоникой.

Найдена наименьшая константа в неравенствах Джексона для наилучших приближений тригонометрическими полиномами периодических функций нескольких переменных в среднеквадратической метрике при оценке наилучших приближений через обобщенные модули непрерывности функций, определяемых обобщенными разностями произвольного порядка с постоянными коэффициентами.

Предложены конструкции расширений абстрактных задач управления в классе векторных конечно-аддитивных мер. Получены новые варианты свойства асимптотической нечувствительности достижимого множества при ослаблении части ограничений.  Построено расширение, универсальное в диапазоне ограничений асимптотического характера.

Получены необходимое и достаточное условия того, что заданная функция является ценой в некоторой игровой задаче управления. Выделены классы цен в задачах с терминальным функционалом платы, и цен в задачах с интегро-терминальным функционалом платы (Институт математики и механики УрО РАН).

Завершена работа по прямому построению «экзотического» инварианта для замкнутых односвязных 6-мерных многообразий. Получена «геометрическая» конструкция инварианта, не зависящая от сложных гомотопических вычислений и проясняющая его природу (Отдел математики Коми НЦ УрО РАН).

2. Математическая физика, математические проблемы механики, физики и астрономии.

Рассматривается задача Коши для квазилинейного параболического уравнения с малым параметром при старшей производной. Начальная функция зависит от другого независимого малого параметра. На плоскости переменных (x, t) выделяются пять областей, в которых строятся асимптотическое разложение решения задачи по этим параметрам, которые стремятся к нулю, при условии, что один из параметров много меньше другого. Основной результат работы состоит в построении и обосновании главного члена равномерного асимптотического разложения решения.

Исследована сингулярно возмущенная начальная задача для системы двух линейных обыкновенных дифференциальных уравнений, каждое из которых содержит при производной свой независимый малый параметр. Построено асимптотическое разложение решения задачи на конечном отрезке времени равномерно по сумме параметров в одной и той же произвольной степени. Получены рекуррентные формулы для членов асимптотики, позволяющие находить их составляющие, зависящие только от малых параметров и коэффициентов исходной системы. На материале ряда иллюстрирующих примеров с использованием пакета аналитических вычислений численно реализован алгоритм построения асимптотики с нужной точностью по параметрам. Построено формальное асимптотическое решение начальной задачи для сингулярно возмущенной системы двух обыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений с двумя независимыми малыми параметрами, получены оценки членов асимптотики. При некоторых ограничениях на правые части системы показано, что формальное асимптотическое решение является истинным асимптотическим разложением решения задачи.

Разработаны методика, алгоритмы и программы для математического моделирования взаимодействия излучения с плоским слоем смеси веществ. Методика применима для смесей с доплеровскими и фойгтовскими профилями излучения и поглощения с учетом до нескольких десятков резонансных линий каждого вещества смеси. Алгоритмы реализуют несколько методов численного решения уравнения переноса излучения и используют интерполяционные и ортогональные многочлены различных видов. Вычисление функции источника и коэффициента поглощения в уравнении переноса излучения базируется на решении уравнений кинетики населенностей энергетических уровней атомов веществ смеси. Программы ориентированы на применение параллельных вычислительных технологий (Институт математики и механики УрО РАН).

Показано, что в случае калибровочных моделей с неполупростыми калибровочными группами пространства полей материи и калибровочных полей являются расслоенными пространствами в смысле полуримановой геометрии Р.И. Пименова, а поля естественно разделяются на два класса: принадлежащие базе и слою расслоения (Отдел математики Коми НЦ УрО РАН).

3. Вычислительная математика, параллельные и распределенные вычисления.

Рассмотрена задача оптимального управления с функционалом, заданным несобственным интегралом. Исследованы свойства вогнутости максимизированного гамильтониана, и проведен анализ гамильтоновых систем в принципе максимума Понтрягина. На основе этого анализа предложен алгоритм построения оптимальной траектории методом склейки динамики гамильтоновых систем. Алгоритм апробирован для случая оптимальных траекторий экономического роста, рассчитанных на макроэкономических данных. Предложена методология анализа реальных показателей по экономикам США, Японии и Западной Европы. Проведены вычислительные эксперименты, верификация рассматриваемых моделей и выполнен анализ серии результатов прогнозирования для трендов экономического роста (рис. 1).

Разработаны методы и алгоритмы решения задач автоматического обнаружения, выделения и распознавания на космических снимках высокого разрешения изображений топографических объектов. Основное внимание уделяется методам автоматического оконтуривания и идентификации изображений линейных объектов. Обсуждаются содержание и вопросы организации использующейся при решении этих задач априорной информации об объектах земной поверхности. Описывается структура данных Базы Знаний специализированной Экспертной Системы, для которой разработаны обладающие различным уровнем автоматизации процедуры принятия решений. В рамках НИР, выполняемой по заказу ГНПЦ «Природа», разработан программный комплекс «ДЕКОС», являющийся развитием ранее созданного комплекса «САДКО». Это комплекс предназначен для решения широкого круга геоинформационных задач: создания и обновления электронных карт местности, оперативного экологического мониторинга окружающей среды, прогноза техногенных катастроф, оценки сейсмической опасности территорий и др. Приводятся результаты экспериментов по обработке и анализу полутоновых космических снимков высокого разрешения.

Методы выпуклого анализа, дифференциальной геометрии и теории особенностей дифференцируемых отображений применены для исследования задач оптимального управления и геометрической оптики. Введенные в работе понятия биссектрисы множества и псевдовершины кривой представляют самостоятельный интерес, позволяя исследовать геометрию невыпуклых множеств. Эти понятия также оказываются полезными при изучении эволюции множеств достижимости управляемых систем, построении волновых фронтов, вычислении эйконала – оптического пути между точками пространства. В работе предложены аналитический и численный подходы к отысканию псевдовершин кривой и вычислению меры невыпуклости плоского множества. Приводятся результаты численного моделирования эволюции волновых фронтов. Конструируются аппроксимации эйконала, а также функции оптимального результата для одного класса задач быстродействия (рис. 2, 3) (Институт математики и механики УрО РАН).

Физические науки

6. Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости.

Разработана теория когерентного и диффузного рассеяния от многослойной дифракционной решетки с флуктуирующим размером штриха. Исследованы характерные особенности рассеяния на решетке с малым линейным изменением периода.

Показано, что индуцированный магнитным полем переход из не-ферми-жидкостного состояния в ферми-жидкостное состояние в высокотемпературном сверхпроводнике Tl2Ba2CuO6+x аналогичен переходу, наблюдаемому в металлах с тяжелыми фермионами. Показано, что изменение знака магнетосопротивления в CeCoIn5 при увеличении температуры для фиксированного магнитного поля полностью определяется скейлинговым поведением эффективной массы квазичастиц ферми жидкости (Отдел математики Коми НЦ УрО РАН).

Проведены расчеты электронной структуры и формы поверхностей Ферми новых классов высокотемпературных сверхпроводников, содержащих ферромагнитное железо с мышьяком ROFeAs (R = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Y), AFe2As2 (A = Ba, Sr) и LiFeAs, продемонстрировавшие глубокую аналогию этих систем (рис. 4), зоны проводимости которых образованы 3d-состояниями Fe (в плоскостях FeAs). Результаты расчетов находятся в хорошем качественном соответствии с данными экспериментов (Институт электрофизики УрО РАН, Институт физики металлов УрО РАН).

В рамках приближения локальной плотности LDA изучена электронная структура новых высокотемпературных сверхпроводников ReO1-xFxFeAs (Re = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Y), AFe2As2 (A = Ba, Sr), LiFeAs и AFFeAs (A = Sr, Ca). Измеренные методами рентгеновского поглощения и эмиссии спектры валентной полосы и полосы проводимости этих соединений имеют форму, характерную для некоррелированных систем. Комбинированным методом LDA+DMFT (приближение локальной плотности + теория динамического среднего поля) определены (рис. 5) спектральные свойства соединения LaOFeAs. Установлено, что рассчитанная электронная структура этого соединения является слабо коррелированной и согласуется с экспериментальными спектрами. Полученные результаты свидетельствуют об отсутствии взаимосвязи между сильными корреляциями и высокотемпературной сверхпроводимостью.

Обнаружен новый метод экспериментального определения типа d-спаривания и анизотропного s-спаривания в сверхпроводниках. Метод основан на анализе температурных зависимостей второго критического поля электронного сверхпроводника Nd2-xCexCuO4+ (рис. 6) с оптимальным уровнем легирования (x = 0.15) и с разной степенью беспорядка в различных магнитных полях (B||с, J||ab) в интервале температур T = (0.440) К. Наблюдается различный характер зависимости наклона второго критического поля (dBc2/dT)Tc от степени беспорядка позволяет экспериментально различить сверхпроводники с d-спариванием и с анизотропным s-спариванием. Причина относительной устойчивости электронного сверхпроводника к разупорядочению состоит в сильной анизотропии примесного рассеяния с симметрией d-типа.

Экспериментально установлено, что в монокристалле La0.7Ca0.3MnO3 фазовый переход из ферромагнитного в парамагнитное состояние является переходом первого рода, близким ко второму. Причиной аномально большого магнитосопротивления (рис. 7) в этом манганите является сдвиг температуры перехода в магнитном поле. Теоретически показано, что в области магнитного фазового перехода первого рода температурная зависимость магнитосопротивления определяется температурной зависимостью сопротивления при H = 0 и смещением температуры перехода в магнитном поле.

Впервые найдены стационарные и динамические топологические солитоны с конечной энергией и ненулевым индексом Хопфа в ферромагнетике с анизотропией типа «легкая ось» путем численного интегрирования, определена их структура и области существования. Характерные размеры солитона определены параметром ширины доменной стенки. Энергия солитона сконцентрирована внутри торообразной аксиально-симметрич­ной поверхности (рис. 8). Стационарные солитоны существуют при частоте прецессии меньше частоты ФМР. Такие локализованные структуры с характерными размерами от единиц до десятков магнитной длины могут найти применение в устройствах записи информации.

В соединениях RMn2Si2 (R – редкоземельный металл или Y) с естественной слоистой кристаллической структурой обнаружены необычно высокая одноосная магнитная анизотропия марганца и положительное магнетосопротивление, возникающее при индуцированном полем магнитном фазовом переходе антиферро-ферромагнетик (рис. 9). Установлена определяющая роль электронной зонной структуры в формировании магнитных и магнитотранспортных свойств соединений. Полученные результаты расширяют представления о физических явлениях. присущих мультислойным и квазидвумерным структурам.

Созданы гетероструктуры манганит (La0.7Sr0.3MnO3)/феррит (CoFe2O4, MnFe2O4, Nd3Fe5O12, (Nd0.75La0.25)3Fe5O12), в которых обнаружено усиление магнитопропускания по сравнению с однослойной пленкой манганита (рис. 10), и гетероструктура Sm0.55Sr0.45MnO3/Nd0.55Sr0.45MnO3, состоящая из слоев, отличающихся температурой Кюри, в которой магнитопропускание и магнитосопротивление слабо зависят от температуры в широкой области (рис. 11). Результаты важны для создания модуляторов ИК-излучения на основе эффекта магнитопропускания.

Разработана математическая процедура определения всех типов стабильных и метастабильных магнитных структур, которые могут возникать в слоистых магнетиках с неэквивалентными промежутками между магнитными слоями. Показано, что все метастабильные магнитные структуры относятся к классу вложенных магнитных спиралей. Для магнетика с двумя неэквивалентными слоями построена фазовая диаграмма и исследована деформация спирали во внешнем магнитном поле, сопровождающаяся рядом фазовых переходов первого рода. Результаты позволяют описать кривые намагничивания, наблюдаемые в соединениях RMn6Sn6, и в дальнейшем могут быть использованы при создании слоистых мультиферроиков.

Получено точное решение одномерной 12-вершинной модели Поттса в магнитном поле. Рассчитаны намагниченность (рис. 12), восприимчивость и теплоемкость (рис.13) во всем диапазоне температур и поля. Обнаружены: критические поля, эффект взаимопересечения намагниченностей для различных направлений поля в антиферромагнитной модели. Открыт эффект расщепления теплоемкости как в ферромагнитной, так и в антиферромагнитной модели. Результаты исследования 12-вершинной модели и полученные ранее для 6-вершинной и 8-вершинной модели Поттса позволяют объяснить большое разнообразие необычных свойств широкого класса магнетиков со структурой NaCl – монопниктидов и монохалькогенидов лантаноидов и актинидов и ряда моноокислов переходных металлов.

На основе магниточувствительных элементов с использованием спин-туннельного эффекта в многослойных структурах Ni80Fe20/Al2O3/Co70Fe30/Mn83Ir17 разработана конструкция матричного преобразователя с плотностью элементов на кристалле до 1000 шт./мм2. Другим преимуществом является то, что небольшой сенсорный ток отдельного элемента обусловливает малую рассеиваемую мощность при работе преобразователя. На основе данной разработки могут быть созданы магнитные микроскопы (магнитовизоры), которые найдут применение для решения основных задач магнитостатики, для исследований в биологии, медицине и других областях науки и техники. Оформляется заявка на патент РФ (Институт физики металлов УрО РАН).

Предложены атомные модели и впервые изучены электронные и магнитные характеристики нанотрубок ВеО, допированных 2р-элементами (B, C, N), содержащих дефекты стенок. Обнаружены эффекты примесно- и вакансионно-индуцированного намагничивания нанотрубок ВеО, что указывает на возможность получения новых магнитных нанотубулярных материалов для спинтроники (рис. 14).

Получены тонкопленочные магнитные гетероструктуры EuO/Fe для спинтроники со степенью спиновой поляризации носителей тока 65–70 % (Институт химии твердого тела УрО РАН).

7. Физическое материаловедение, новые материалы и структуры, в т.ч. фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы.

Методами математического моделирования исследованы фундаментальные закономерности процессов поглощения, хранения и десорбции углеводородов динамическими наносистемами с перестраиваемой наноструктурой – нанокапсулами, состоящими из наноконтейнеров в виде нанотрубок и запирающих элементов в виде фуллеренов (нейтральных и заряженных). Установлены термодинамические параметры среды и электрического поля, необходимые для устойчивой работы данных наносистем.

Впервые предложена и проведена оценка активности нанореакторов полимерных матриц в зависимости от их размера и формы, показано, что наиболее эффективными возможностями по формированию разных по активности наноструктур обладают нанореакторы, представляющие собой послойно расположенные в гелях полимерных матриц нанопоры.

Предложена методика моделирования теоретических СТМ-изображений с использованием электронно-квантовой природы взаимодействия между исследуемой наночастицей, подложкой и зондом сканирующего туннельного микроскопа. Представлено выражение для туннельного Бардиновского матричного элемента, используемого для расчетов СТМ-топографий, получены теоретические СТМ-изображения адатома (Институт прикладной математики УрО РАН).

Исследованы условия получения острой кубической текстуры в лентах-субстратах из сплавов на основе никеля для последующего эпитаксиального нанесения ВТСП. Впервые экспериментально определены и теоретически обоснованы границы легирования никеля (рис. 15), определяющиеся величиной концентрационного расширения кристаллической решетки, позволяющие получить в сплаве кубическую текстуру близкую к монокристаллической. Разработаны подходы к созданию высокопрочных двойных Ni-Cr, Ni-V и тройных Ni-Cr-W сплавов с точкой Кюри ниже 77 К (рис. 16). Технология была использована для получения на заводе ОЦМ лент двойных Ni-Me сплавов длиной до 15 м. Осуществлено нанесение буферных и сверхпроводящего слоев методами MOCVD, электронно-лучевого напыления и лазерной абляции.

Предложен новый подход к анализу индуцированных интенсивной холодной деформацией фазовых превращений с использованием мессбауэровской спектроскопии in situ при сжатии и сдвиге во вращающихся наковальнях Бриджмена (рис. 17). На модельных Fe-Ni сплавах (0-32% Ni) показана связь вида и объема полиморфных переходов с формированием и релаксацией упругих напряжений на межфазных границах при сжатии и сдвиге (рис. 18). Установлено понижение внешнего давления переходов (ОЦК) в (ГЦК) и (ГПУ) фазы при деформации вследствие мультипликации сжатия на дефектах, анизотропии упругих напряжений и их релаксации при фазовой перестройке. Метод дает уникальную возможность изучения связи неоднородной деформации с механизмом структурно-фазовых переходов и представляет интерес для технологий наноструктурирования сплавов.

Изучено деформационное поведение монокристалла меди в условиях нагружения сферически сходящимися ударными волнами. Установлено, что пластическая деформация при используемом способе нагружения осуществляется путем кристаллографического и некристаллографического скольжения (рис. 19), причем некристаллографическое скольжение является преимущественным способом деформации. Показано, что характер дислокационной структуры зависит от глубины залегания слоя в образце и кристаллографического направления в исходном монокристалле (рис. 20). Полученные результаты расширяют представления о механизмах пластической деформации при нагружении ударными волнами.

Обнаружено, что сплавы с эффектами памяти формы на основе Ti-Ni обладают уникальным комплексом высоких трибологических и физико-механических свойств (пределов прочности (1,6-1,8 ГПа) и текучести (1,2-1,4 ГПа), реактивного напряжения до 1,0-1,2 ГПа, обратимой деформации до 9%). По сравнению с традиционными медицинскими металлическими материалами (например, коррозионностойкими сталями типа Х18Н9) их коэффициент трения в 1,5 раза меньше, а износостойкость более чем на порядок выше. Формирование в объемных сплавах высокопрочного субмикрокристаллического состояния (рис. 21) приводит к их еще большей износостойкости. Полученные результаты открывают новые перспективы применения рассмотренных материалов в узлах трения, в частности для изготовления искусственных суставов (Институт физики металлов УрО РАН).

На основе первопринципных расчетов температурной и барической зависимости спектральной плотности колебаний сильно ангармонических мод, предсказано существование двух изоструктурных фазовых переходов в ОЦК цирконии, обусловленных особенностями динамики решетки. Показано, что в области -фазы на Р-Т диаграмме циркония имеются три зоны, в которых реализуются различные механизмы стабилизации ОЦК решетки, отличающиеся степенью ангармонизма и амплитудой колебаний атомов. Обнаруженные изоструктурные переходы первого рода сопровождаются резким изменением частоты поперечной L-моды с волновым вектором k=2/3[111]. Полученные результаты позволили впервые объяснить экспериментально наблюдаемое изменение объема в ОЦК цирконии при T=300K и P=56ГПа.

На примере исследования фольг расслаивающих сплавов Ni-Cu выявлено дальнодействующее влияние имплантации ионов B+ и Ar+, импульсного электронного облучения на сегрегационные процессы в поверхностных слоях. Показано, что исследованные внешние воздействия вызывают изменения химического состава как на облучаемой, так и на необлучаемой сторонах фольг. Обнаружено композиционное расслоение в поверхностных слоях с участием имплантируемого элемента (В+). Предполагается, что наблюдаемые эффекты связаны с влиянием возбужденных упругих волн, высоким содержанием линейных дефектов (дислокаций) и неравновесным состоянием прокатанных фольг, наличием локальных градиентов концентрации точечных дефектов.

Разработана методика определения атомного магнитного момента 3d металлов основанная на использовании метода рентгеноэлектронной спектроскопии. В результате проведенных систематических исследований эталонных систем 3d- металлов с различным типом химической связи и известным атомным магнитным моментом, определены параметры рентгеноэлектронных спектров, коррелирующие с магнитным моментом атомов металла. Показано, что в качестве таких параметров могут выступать отношения интенсивностей и расстояния между максимумами мультиплетного расщепления в 3s-спектрах металлов. Предложенная модель использована для изучения закономерности формирования структуры рентгено-электронных спектров и изменения атомного магнитного момента в структурно-неоднородных системах Fe50Co50, инварных сплавах, жидких металлах и металлуглеродных нанотрубках.

Методами рентгеновской дифракции и атомно-силовой микроскопии, измерениями плотности, микротвердости и коррозионной стойкости изучены объемные нанокомпозиты железо-цементит, полученные магнитно-импульсным прессованием порошков Fe, механоактивированных с графитом (содержание углерода от 5 до 25 ат.%) и в присутствии кремнийорганической среды. Компакты Fe+Fe3C, полученные с графитом, имеют плотность и микротвердость, соответствующие значениям для высокоуглеродистых сталей со структурой мартенсита. Нанокомпозиты Fe+Fe3C, полученные в кремнийорганической среде, при плотности 7,3 г/cм3 характеризуются необычайно высоким значением микротвердости – 14 ГПа, обладают стойкостью к локальным видам коррозии и высокой электрокаталитической активностью. Такие свойства обусловлены особой структурой нанокомпозита, армированного нановолокнами цементита (Физико-технический институт УрО РАН).

Разработаны оптимальные режимы технологии («ноу-хау») упрочнения и повышения фрикционной износостойкости деталей из алюминиевых сплавов, работающих в механических системах. Основа технологии – покрытие (1-2 мкм) алмазоподобным углеродом. Технология обеспечивает многократное увеличение времени безаварийной работы механизмов, основу которых составляют такие детали. Технология опробована и используется заводом «Барс» (г. Екатеринбург). Подана заявка и получен патент РФ на полезную модель таких деталей с алмазоподобным покрытием, используемых в устройствах для сортировки и счета денежных билетов.

Разработана технология нанесения («ноу-хау») антифрикционных и одновременно биосовместимых покрытий, основу которых составляет алмазоподобный углерод, на временные биоимплантаты (спицы аппаратов Г.А. Илизарова), не приводящая к снижению их механических свойств. Готовы использовать такие изделия: ФГУ РНЦ «Восстановительная травматология и ортопедия» им. академика Г.А. Илизирова (г. Курган), ФГУ «УНИИТО им. В.Д. Чакалина Росмедтехнологий» (г. Екатеринбург). Подана заявка на патент РФ.

На основе системы Fe-Cr-Ni с переменным содержанием никеля разработан метод создания материалов с различным содержанием ферромагнитной фазы. Метод использует тот факт, что аустенит в хромоникелевых сталях метастабилен и способен к мартенситному превращению при охлаждении до отрицательных температур и в процессе пластической деформации. В результате изготовлен комплект стандартных образцов с содержанием ферромагнитной фазы в интервале 0,5-80%. Новый комплект соответствует современным мировым стандартам и позволяет решать большинство задач магнитной ферритометрии. Получен патент РФ.

Разработаны более совершенные методики получения и оценки критических параметров высоковоспроизводимых монокристаллов YBa2Cu3O7-х с высокой температурой Tc = 94 К и очень узкой шириной перехода в сверхпроводящее состояние Tc = 0.25 К. На их основе получен стандартный образец, подвергнутый пятнадцатилетнему старению. Изменение свойств образца за этот период составляет менее 1%, что позволяет разрабатывать на основе монокристаллов YBa2Cu3O7-х сверхпроводниковые магнитометры, градиентометры и другую высокочувствительную измерительную аппаратуру. Образцы монокристаллов YBa2Cu3O7-х аттестуются для внесения в Государственный реестр стандартных образцов РФ.

Созданы новые физические устройства охлаждения для лечения острых язв, осложненных кровотечением. Результаты применения новой аппаратуры в клинике показали снижение летальности на 10% по сравнению с общепринятой методикой. На комплексе приборов новой методики получен патент РФ.

Показано, что сплавы с эффектами памяти формы на основе никелида титана обладают высокими трибологическими характеристиками наряду с комплексом уникальных физико-механических свойств. Так, по сравнению с традиционными медицинскими металлическими материалами (например, коррозионностойкими сталями типа Х18Н9) их коэффициент трения в 1,5 раза меньше, а износостойкость более чем на порядок выше. Формирование в объемных сплавах субмикрокристаллического состояния приводит к их еще большей прочности и износостойкости. Полученные результаты открывают новые перспективы применения рассмотренных субмикрокристаллических материалов, в том числе в узлах трения, в частности, для изготовления искусственных костных суставов.

Разработан способ получения толстолистового проката из немагнитных корпусных аустенитных сталей высокой прочности и пластичности для судостроения. Новый способ обработки сталей основан на растворении охрупчивающих первичных нитридов при нагреве до высоких температур и дополнительном упрочнении (при сохранении высокой пластичности и ударной вязкости) за счет совмещения процессов старения и деформации при 600°С, что позволяет существенно повысить плотность дислокаций и количество вторичных наноразмерных нитридов. Оформлена заявка на патент РФ. Способ внедряется совместно с ЦНИИКМ «Прометей» (г. Санкт-Петербург).

Совместно с Институтом неорганической химии СО РАН (г. Новосибирск) для поглощения техногенных жидкостей разработан способ получения углеродных сорбентов из соединений графита. Способ осуществляется термическим разложением интеркалированных соединений фторированного графита, содержащих ацетон, или четыреххлористый углерод, или перфторциклогексан. Технический результат – повышение экологической безопасности способа получения углеродного сорбента. Получен патент РФ на изобретение.

Показано, что способ размагничивания термообработанных сталей приводит к существенному различию их кривых намагничивания, причем после статического размагничивания интенсивность намагничивания зависит также от направления поля. Полученные результаты объяснены различиями статистических распределений магнитных фаз. Показано, что несмотря на количественные различия, кривые намагничивания, полученные после различных способов размагничивания, обладают подобием, и параметры этих кривых имеют одинаковую структурную чувствительность. Даны рекомендации по статическому размагничиванию стальных ферромагнитных объектов.

Разработаны новые режимы термомагнитной обработки, позволяющие получать магнитомягкие материалы с улучшенными магнитными свойствами. Получен патент РФ.

Установлено изменение структурной чувствительности гистерезисных свойств высокоуглеродистых термообработанных сталей при изменении амплитудных значений поля и индукции при их перемагничивании. Показано, что контроль качества отпуска таких сталей целесообразно проводить как по величине остаточной индукции частного цикла при перемагничивании материала до фиксированных значений индукции, так и по остаточной индукции предельной петли гистерезиса. Показана практическая возможность реализации предложенной методики контроля физико-механических свойств сталей с помощью ранее разработанной программно-аппаратной системы СИМТЕСТ. Результаты предложены для внедрения на Ярославском моторном заводе.

Впервые в РФ разработаны гармонизированные с международными стандартами следующие национальные стандарты (1-я редакция):

  • ГОСТ Р ИСО 9402 «Трубы стальные бесшовные и сварные (кроме труб, полученных дуговой сваркой под флюсом) напорные. Контроль неразрушающий (НК) магнитный по всей поверхности труб из ферромагнитной стали для выявления продольных несовершенств»;
  • ГОСТ Р ИСО 9598 «Трубы стальные бесшовные напорные. Контроль неразрушающий магнитный по всей поверхности труб из ферромагнитной стали для выявления поперечных несовершенств»;
  • ГОСТ Р ИСО 9304 «Трубы стальные бесшовные и сварные (кроме труб, полученных дуговой сваркой под флюсом) напорные. Контроль методом вихревых токов для обнаружения несовершенств».

Работа выполнена с целью создать стандарты ГОСТ Р, в которых технические требования к методам и средствам НК стальных труб максимально приближены к требованиям международных стандартов. Это позволит устранить имеющиеся расхождения в требованиях, установленных к одинаковой продукции в нашей стране и за рубежом и будет содействовать достижению Россией позиции одной из ведущих стран в области производства труб на международном рынке. Оригинальные тексты проектов стандартов переданы в ОАО «РосНИТИ» и ТК 357 Госстандарта РФ для экспертизы и дальнейшего рассмотрения. Область применения – металлургическая и нефтегазовая отрасли, машиностроение (Институт физики металлов УрО РАН).

На базе энергоанализатора спектрометра ЭС-2401 создан сверхвысоковакуумный спектрометр для решения задач современного материаловедения, связанных с исследованиями влияния внешних воздействий на поверхностные слои материалов. По комплексу способов воздействия на образец он превосходит серийные зарубежные спектрометры аналогичного класса и позволяет проводить: в камере подготовки образца (с вакуумом не хуже чем 10-7 Па) - нагрев до 1000оС, срез, ионное травление с качанием образца под пучком, в сверхвысоковакуумной шлюзовой камере – обработку образцов в контролируемой химически активной газовой атмосфере с плавной регулировкой давления, состава среды, температуры и возможностью плазменной очистки поверхности реакционной камеры. Спектрометр использован для решения целого ряд фундаментальных и прикладных задач материаловедения (Физико-технический институт УрО РАН).

Предложено новое семейство изотропных наноструктурированных материалов – «кристаллы из нанотрубок». Численные оценки показали, что такие изотропные кристаллы на основе углеродных и BN нанотрубок имеют экстремально высокие упругие модули B и малую сжимаемость, а также сохраняют тип проводимости, приcущий их «строительным блокам» - изолированным нанотрубкам. Предложенные изотропные кубические кристаллы являются перспективными моделями для разработки новых сверхтвердых материалов на основе неорганических нанотрубок с регулируемыми электрофизическими свойствами (Институт химии твердого тела УрО РАН).

8. Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом.

Предложена новая теоретическая модель описания явления сверхбыстрого оптического перемагничивания магнетиков ультракороткими (фемтосекундными) лазерными импульсами. Модель использует известные механизмы перемагничивания, основанные на оптическом переходном эффекте Фарадея и на переориентации спинового момента в неравновесном поле орбитального момента. Полученные результаты важны для разработки новых методов сверхскоростной оптической записи информации на магнитных носителях (Институт физики металлов УрО РАН).

9. Фундаментальные основы лазерных технологий, включая обработку и модификацию материалов, оптическую информатику, связь, навигацию, медицину.

На основе анализа спектров импульсной катодолюминесценции (рис. 22, 23) разработана неразрушающая методика экспрессной оценки примесного фазового состава кристаллов, порошка и керамики алюмоиттриевых оксидов и оксида иттрия, активированного неодимом. Показано, что в порошковом и керамическом оксиде иттрия собственный центр люминесценции представляет собой связанный радикал YO (рис. 24), локализованный на границах зерен (Институт электрофизики УрО РАН).

10. Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений.

Предложены методические и технические способы решения задач контроля валков горячей прокатки, работающих в стане одного из крупнейших металлургических заводов России – Магнитогорском металлургическом комбинате. Установлена возможность контроля технического состояния валков на протяжении всего срока эксплуатации с помощью коэрцитиметрического метода (по неоднородности распределения коэрцитивной силы на поверхности валка – рис. 25). Для увеличения скорости и достоверности контроля разработана и внедрена автоматизированная программно-аппаратная коэрцитиметрическая система (рис. 26), разработана методика ее метрологической аттестации.

Выполнена модернизация компьютеризированной установки для магнитного неразрушающего контроля (НК) электросварных труб в технологическом потоке их производства. Отличительной ее особенностью является возможность контроля труб диаметром до 219 мм по всему периметру и всей толщине стенки. По сравнению с существующими вихретоковыми дефектоскопами установка обеспечивает более высокие показатели по чувствительности и достоверности контроля. В процессе испытаний доказано, что установка обеспечивает надежное выявление трещин микронных размеров в металле сварного шва независимо от их расположения по толщине стенки трубы. Указанные дефекты относятся к классу наиболее трудно выявляемых дефектов (другими методами НК такие дефекты не выявляются). Установка ранее была внедрена в ОАО «Альметьевский трубный завод». В модернизированном варианте будет введена в эксплуатацию в 2009 г.

Разработана компьютеризированная система неразрушающего контроля НК труб, бывших в эксплуатации и входного НК труб нефтегазового сортамента, поступающих с завода-изготовителя. В отличие от существующих ранее приборов в данной установке магнитной дефектоскопии обеспечивается возможность автоматизированного НК труб с навинченными муфтами. По сравнению с зарубежными аналогами установка отличается более низкой стоимостью и более высокой надежностью. Установка передана ООО «Нефтепромстрой» (г. Самара) в промышленную эксплуатацию.

На основании результатов проведенных лабораторных и стендовых испытаний изучено напряженное состояние газопроводов, начиная с исходного состояния до начала эксплуатации. Предложена система обобщенных показателей, позволяющая проводить сравнение между собой как отдельных участков газопровода, так и трубопроводной обвязки цехов. Ранжирование по уровню напряжений позволяет наметить первоочередные объекты обследования и ремонта, а также оценить возможность дальнейшей безопасной эксплуатации обследованного оборудования. Система обобщенных показателей находится в стадии опытно-промышленного опробования на предприятии «Газпромтрансгаз Югорск».

На основе магнитопорошкового контроля с использованием магнитных индикаторных пакетов разработан способ и создано устройство для визуальной индикации магнитного поля дефекта и одновременного измерения электрического сопротивления магнитной жидкости индикаторного пакета в зоне дефекта, позволяющее количественно оценивать геометрические параметры дефекта при магнитопорошковом контроле. Способ расширяет возможности неразрушающего метода контроля и может быть использован в металлургической и машиностроительной отраслях. Получено положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение (Институт физики металлов УрО РАН).

Разработан новый модуль для прикладного пакета PRIMA, предназначенный для полного статистического анализа результатов внутритрубной инспекции нефтегазо- и продуктопроводов. Модуль позволяет находить смещение показаний внутритрубного инструмента и верификационного инструментов, их дисперсии и наиболее подходящую линию регрессии. На основе этого даются прогнозные значения истинных неизвестных размеров дефектов, которые не были верифицированы, и их дисперсии. Разработка выполнена в формате Internet и Intranet сайта с применением современных компьютерных технологий визуализации получаемых численных результатов и отличается исключительной наглядностью. С помощью этого модуля проанализированы данные дефектоскопии трубопроводов ОАО «Транснефть», ОАО «Газпром», а также ряда трубопроводов, расположенных на Ближнем Востоке и Северной Америке (Научно-инженерный центр «Надежность и ресурс больших систем и машин»).

11. Фундаментальные проблемы физической электроники, в том числе разработка методов генерации, приема и преобразования электромагнитных волн с помощью твердотельных и вакуумных устройств, акустоэлектроника, релятивистская СВЧ-электроника больших мощностей, физика мощных пучков заряженных частиц.

Разработаны и испытаны малогабаритные субнаносекундные многофункциональные преобразователи формы высоковольтных импульсов с повышенной энергетической эффективностью. Устройства работают в режиме бегущей волны и используют новые схемы решения узла компрессии энергии. На базе генератора накачки РАДАН-303 созданы субнаносекундные генераторы прямоугольных импульсов. При использовании нетрадиционной схемы подключения нагрузки увеличена на 17% пиковая мощность импульса.

Экспериментально реализован и теоретически исследован сверхбыстрый механизм коммутации тока в полупроводниках на основе туннельно-ударного ионизационного фронта. Процесс коммутации тока происходит в режиме последовательного переключения полупроводниковых диодных структур. После переключения прибора в передающей 50- линии получены импульсы амплитудой 150 кV с временем нарастания 100 ps (Рис. 26-потерянный). Максимальные скорости роста тока и напряжения составляют 30 kА/ns и 1,5 МV/ns соответственно (Институт электрофизики УрО РАН).

12. Современные проблемы физики плазмы, включая физику высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, физику астрофизической плазмы, физику низкотемпературной плазмы и основы ее применения в технологических процессах.

Разработан макет высокотемпературного электрохимического генератора чистого кислорода с тонкослойным (100-150 мкм) твердым электролитом и токопроходами без использования драгоценных металлов. При формировании электрохимического элемента используются объединенные в ИЭФ УрО РАН методы лазерной абляции для получения нанопорошков, литья полимер-керамических пленок, радиального магнитно-импульсного прессования трехслойных заготовок из пленок с последующим низкотемпературным (~1200С) спеканием, а также метод магнетронного напыления защитного покрытия на стальные детали. Производительность макета кислородного насоса составила 9 л/час при температуре 800 С, плотности тока 1,1 А/см2 и энергозатратах электрохимической части 6,2 Вт·час/л (Институт электрофизики УрО РАН).

Технические науки

15. Основы развития и функционирования энергетических систем в рыночных условиях, включая проблемы энергоэффективности экономики и глобализации энергетики, энергобезопасность, энергоресурсосбережение и комплексное использование природных топлив.

Обосновано, что в инновационном развитии национальной системы энергообеспечения главную роль играют институциональные преобразования и технологическая модернизация. Ключевые институциональные инновации – создание конкурентного рынка электрической энергии и совершенствование системы тарифного регулирования. Показано, что высокая науко- и капиталоемкость энергопроизводства не допускает быстрого замещения традиционных технологий, поэтому базой долгосрочного развития энергетики остаются эволюционные преобразования, массовые «улучшающие» инновации. Выделены и систематизированы наиболее значимые технологические инновации в сегментах системной, малой, традиционной, нетрадиционной энергетики и энергосбережения, акцентированы эффекты новшеств и проблемы их конкурентоспособности. Отмечено, что отечественная технологическая база в настоящее время не готова в полной мере обеспечить потребности модернизации энергетики, поэтому по ряду направлений планируется «догоняющее» развитие и трансферт технологий. Опубликована коллективная монография «Энергоэкономическое прогнозирование развития региона» (Институт социально-экономических и энергетических проблем Севера Коми НЦ УрО РАН).

16. Физико-технические и экологические проблемы энергетики, тепломассообмен, теплофизические и электрофизические свойства веществ, низкотемпературная плазма и технологии на ее основе.

Создан источник рентгеновского излучения со спектром, состоящим в основном из характеристических линий Rh. Паразитные излучения подавлены за счет особенностей конструкции и диафрагмирования. Источник позволяет в ряде применений отказаться от монохроматоров (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, рентгеновский эмиссионный анализ, рентгеноструктурный анализ) или значительно повысить чувствительность методов рентгеновского вакуумного флуоресцентного анализа легких элементов (Институт электрофизики УрО РАН).

Для случайных пульсаций, сопровождающих критические и переходные режимы тепломассопереноса, установлено соотношение динамического скейлинга между показателями частотной зависимости спектров и функции распределения амплитуд экстремальных низкочастотных выбросов : + = 2. Соотношение проверено в экспериментах по измерению спектров и низкочастотных пульсаций при акустической кавитации воды (рис. 27, 28) и может быть использовано для диагностики опасных выбросов по спектральным характеристикам нерегулярных процессов.

В компьютерных экспериментах показано, что каждая линия фазового равновесия в простой системе имеет конечную критическую точку. Определено метастабильное продолжение за тройную точку линии фазового равновесия жидкость–газ. Установлен вид температурных зависимостей поверхностного натяжения, поверхностной энтропии, поверхностной внутренней энергии, параметра Толмена на границе переохлажденная жидкость–пересыщенный пар (рис. 29). Результаты численного моделирования подтверждены в опытах по измерению поверхностного натяжения (Институт теплофизики УрО РАН).

Впервые продемонстрирована возможность практического применения контурных тепловых труб, работающих при различной ориентации в гравитационном поле, для систем охлаждения электронного оборудования на борту дальнемагистральных пассажирских самолетов типа А-380 (Международный проект COSEE) (Институт теплофизики УрО РАН).

19. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов, биомеханика, механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред, а также механика горения, детонации и взрыва.

Впервые рассмотрена магнитогидродинамическая турбулентность, стационарно поддерживаемая внешней силой, которая наряду с энергией вносит в поток перекрестную спиральность. Показано, что перекрестная спиральность препятствует каскадному переносу энергии и приводит к накоплению энергии в системе. Существенно, что при низком уровне вносимой перекрестной спиральности турбулентность накапливает ее - интегральный коэффициент корреляции существенно превосходит отношение вносимой спиральности к вносимой энергии. Показано, что с ростом уровня вносимой перекрестной спиральности наклон спектра постепенно возрастает от "5/3" до "2".

Разработана методика восстановления полей скорости и распределения частиц в двухфазной струе. Методика предназначена для анализа качества работы форсунок авиационных двигателей. Проведены исследования пространственного распределения частиц по размерам в реальных форсунках. Получены гистограммы, поля концентрации, размеров и объемов частиц. Показано, что азимутальное распределение частиц является неоднородным (Институт механики сплошных сред УрО РАН).

На основе прямого численного решения уравнений гидромеханики впервые разработан метод теоретического определения критического числа Рейнольдса и его зависимости от параметров области интегрирования и характерных чисел потока (число Прандтля, число Маха).

Сформулирован термодинамический вариационный принцип для задачи о расчете стационарной скорости распространения пламени, основанный на минимизации искомого функционала в стационарном состоянии термодинамической системы. Проведены численные исследования зависимости скорости распространения пламени от теплофизических параметров, количественно согласующиеся с известными экспериментальными данными (Институт прикладной механики УрО РАН).

20. Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, а также трибология.

Разработаны эффективные методы расчета оболочек вращения, взаимодействующих с внутренним потоком жидкости или газа. Получен ряд новых качественных закономерностей при исследовании конических оболочек. Обнаружено, что при увеличении угла конусности имеет место сгущение спектра собственных частот колебаний оболочки, как с неподвижной, так и текущей жидкостью. Кроме этого, при совпадении действительных частей собственных значений и относительно монотонном их изменением на соответствующем участке значений параметра, определяющего устойчивость, имеет место изменение мнимых частей с существенно более высокими скоростями на относительно небольших участках. Выявлены существенные особенности неустойчивого поведения конических оболочек в сравнении с цилиндрическими оболочками: конические оболочки более устойчивы к воздействию внутреннего потока жидкости, чем цилиндрические оболочки; для конических оболочек с внутренним потоком жидкости, в отличие от цилиндрических, при определенных граничных условиях и угле конусности может иметь место как дивергентный, так и флаттерный вариант потери устойчивости. Для случая нагруженных конических оболочек установлено, что отрицательное внешнее давление, дестабилизируя систему, в основном способствует дивергентному типу потери устойчивости, а гидростатическое давление, стабилизируя систему, сдвигает флаттерный тип потери устойчивости в область меньших углов конусности (рис. 30).

Построена теория низкочастотного магнито-ориентационного отклика суспензии наночастиц антиферромагнетика. Предназначена для описания результатов магнитного зондирования железопродуцирующих бактерий типа Klebsiella oxytoca, растворов ферритина и суспензий гетита.

Предметом изучения являются железопродуцирующие бактерии Klebsiella oxytoca — пелобионты (обитатели ила) водоемов Красноярского края. Эти бактерии синтезирует в себе минеральные частицы ~ 7 нм. Идентификация химического и фазового состава наночастиц показала, что это ферригидрит (Fe2O3·nH2O), по магнитной структуре —антиферромагнетик с температурой Нееля 340 K. Каждая частица покрыта белковой оболочкой и очень похожа на клеточный белковый комплекс ферритин. Как и ферритин, обнаруженные наночастицы — пример супер-анти-ферромагнетика (САФ). Создана первая теоретическая модель низкочастотного магнитного отклика САФ-суспензии, что дает возможность не только изучать внутрибактериальную реологию, но и управлять ориентацией наночастиц внутри клетки (рис. 31) (Институт механики сплошных сред УрО РАН).

Разработана упруговязкопластическая математическая модель реологии металлов при больших высокотемпературных пластических деформациях, описывающая упрочнение материала и его разупрочнение, обусловленное процессами возврата и динамической рекристаллизации. Адекватность модели подтверждена пластометрическими испытаниями ряда марок сталей (45ХНМА, сталь 15, 60С2, 08Х18Н10Т) и сплава АМг6 и результатами металлографических исследований микроструктуры образцов.

На основе анализа и оценки технического уровня металлургических технологий ОАО "Уралмашзавод" определены пути повышения технического уровня металлургических технологий изготовления заготовок рабочих и опорных прокатных валков.

Проведен анализ номенклатуры поковок, выпускаемых кузнечным цехом ПО “Уралвагонзавод”, и разработаны металлосберегающие технологии изготовления поковок повышенной точности (Т2 – Т3 ГОСТ 7505-89).

Разработана принципиальная схема стендового оборудования, предназначенного для обеспечения различных режимов исследований принципов измерений наноамперных токов с использованием микропроцессорных элементов. Схема реализована в виде макетного образца.

Создана автоматизированная установка и методика для комплексных исследований характеристик фрикционного взаимодействия материалов различного функционального назначения с учетом фактора анизотропии поверхности и определения параметров гальванопокрытий металлов и сплавов электрохимическим методом (Институт машиноведения УрО РАН).

Впервые разработана молекулярно-динамическая модель шунгитонаполненного полимерного нанокомпозита, позволяющая прогнозировать его макроскопические свойства и механическое поведение при различных типах нагружения, получены эффективные упругие характеристики материала (модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модуль объемного сжатия).

Предложена модель процесса генерации водяного пара, водорода и кислорода при взрывном фрагментировании льда в условиях высоких неоднородных давлений, важная для понимания и оценки возможности генерирования газов при спонтанных взрывных выбросах в шахтных выработках и генераторах фрагментов (Институт прикладной механики УрО РАН).

Впервые предложена модель высокоэнергетического механического размола порошков до нанокристаллического размера частиц. Установленная функциональная зависимость размера частиц от величины введенной энергии позволяет при известных характеристиках исходного вещества определять длительность и другие параметры размола, необходимые для измельчения порошка до требуемой дисперсности. Экспериментально получены нанокристаллические порошки карбида вольфрама с наименьшим средним размером частиц 10 нм, монооксида ванадия с наименьшим средним размером частиц 20 нм.

Впервые в рамках метода FLAPW-GGA определены параметры упругости слоистых тетрагональных кристаллов LaFeAsO, SrFe2As2 и LiFeAs, которые являются базисными фазами основных групп новых «1111», «122» и «111» FeAs сверхпроводников. Установлено, что эти слоистые материалы являются механически устойчивыми, находятся на границе хрупкого поведения, их механическую стабильность лимитирует модуль сдвига G. В сравнении с другими известными сверхпроводящими системами (MgB2, ВТСП - купраты) FeAs керамики являются мягкими материалами с высокой сжимаемостью (Институт химии твердого тела УрО РАН).

21. Теория машин и механизмов, анализ и синтез машинных комплексов, фундаментальные проблемы машин и сложных технических систем, включая безопасность, ресурс и живучесть, снижение техногенных и технологических рисков для объектов гражданского и оборонного назначения, проблемы аэрокосмической техники, морских и наземных транспортных систем.

Разработана методика, позволяющая восстанавливать кривую деформационного упрочнения и находить величину предела текучести у металлических материалов с выраженным пределом текучести по результатам кинетического индентирования инденторами различной формы. Методика основана на сопоставлении результатов численного анализа внедрения упругого индентора в упруго-пластическое тело и результатов испытаний. Для реализации методики разработаны переносные измерительно-вычислительные комплексы, позволяющие производить измерения в лабораторных и производственных условиях на элементах конструкций и оборудовании с целью оперативной количественной оценки прочностных свойств металлических материалов в условиях эксплуатации без изготовления из них специальных образцов и разгрузки для проведения исследований (Институт машиноведения УрО РАН).

Создан метод одновременного учета нескольких критериев отказов распределенных систем с повреждениями случайной природы при оценке безопасности их функционирования. В частности, в рамках метода разработана обобщенная модель процесса множественной деградации (ММД) тонкостенных распределенных систем типа роста коррозии или/и трещин. Решение задачи позволяет прогнозировать условную вероятность отказа по критерию течи. Наполнение модели фактическими данными происходит с помощью внутритрубной дефектоскопии. Обнаруженные и измеренные внутритрубным инструментом дефекты образуют множество, на котором строится ММД. Метод оптимально подходит для оценки условной вероятности отказа сегментов трубопроводов, из которых состоит единая система газоснабжения России (Научно-инженерный центр «Надежность и ресурс больших систем и машин»).

Измерена аэрозольная оптическая толща на 16 участках солнечного спектра на впервые созданном в Екатеринбурге пункте мониторинга аэрозольных характеристик атмосферы, оборудованном солнечным фтометром SP-8, разработанным в Институте оптики атмосферы СО РАН. Совместно со станцией AERONET в Коуровской астрономической обсерватории, оснащенной солнечным фотометром CIMEL CE-318 (французского производства), образована система согласованных парных измерений аэрозольной оптической толщи атмосферы на Среднем Урале. Показано, что аэрозольная оптическая толща над промышленным центром выше, чем на контрольной территории (рис. 32). Данные измерений аэрозольной оптической толщи могут быть использованы для оценок степени загрязнения атмосферы городов мелкодисперсным аэрозолем.

Разработана мультипликативная модель риска онкологической заболеваемости в результате химического загрязнения окружающей среды вместо аддитивного подхода, используемого Агентством по охране окружающей среды США, который не учитывает медико-демографические характеристики популяции и дает явно некорректные результаты в случае непостоянного воздействия. Рассчитаны коэффициенты риска для основных канцерогенных веществ, для которых ведется мониторинг их содержания в окружающей среде. Мультипликативный подход приводит к значительному (до 50%) снижению оценок экологического риска для российской популяции по сравнению со стандартной моделью.

Совместно с Институтом ядерных исследований «Винча», Сербия, выполнен обобщающий анализ результатов более чем десятилетнего изучения уровней накопления радона в жилищах на территории Косово. Среднее значение объемной активности радона в жилищах достигает 220 Бк/м3, что более чем в пять раз превышает среднемировую величину. Согласно современным эпидемиологическим данным такое накопление радона в жилищах увеличивает смертность от рака легкого на 35%. Установлен ряд населенных пунктов, в которых средняя объемная активность превышает 400 Бк/м3. По результатам анализа регион может быть отнесен к наиболее радоноопасным на Балканах и в Европе.

Исследовано распределение по дисперсности радиоактивных аэрозолей продуктов распада изотопов радона (Rn-222 и Rn-220) в модельных условиях и в реальной атмосфере различных производственных помещений. Аэрозольная фракция продуктов распада радона имеет медианный диаметр 300 нм, а также 2,3; 8,3 и 18 нм, соответствующие неприсоединенным продуктам распада и молекулярным кластерам. Обнаружено, что доминирующую активность в атмосфере помещений имеют моды 300 и 2,3 нм. Изучена проницаемость аэрозольных фильтров для радиоактивных аэрозолей различной дисперсности. Показано, что проскок для мод различной дисперсности составляет: 2,3 нм – 2,0%; 8,3 нм – 29 %, 18 нм – 29 % и 300 нм – 38%. Эти данные являются базой совершенствования методов дозиметрии внутреннего облучения, метрологии радиоактивных аэрозолей и обеспечения радиационной безопасности.

В рамках региональной целевой программы по обеспечению экологической безопасности Ямало-Ненецкого автономного округа выполнена комплексная оценка напряженности экологической ситуации в округе. Выявлено, что для коренного населения приоритетными экологическими проблемами в округе являются: обеспечение качественной питьевой водой и безопасного обращения с отходами производства и потребления; сохранение среды традиционного хозяйствования. С учетом планируемой интенсификации промышленного освоения территории при реализации проекта «Урал промышленный – Урал Полярный» проведен экологический аудит территории, создана и передана для практического использования база данных по учету, контролю и управлению потоками отходов производства и потребления Ямало-Ненецкого автономного округа (рис. 33).

Совместно с Институтом экологии растений и животных УрО РАН, Институтом геофизики УрО РАН, Институтом геологии и геохимии УрО РАН, Институтом горного дела УрО РАН и другими научно-исследовательскими организациями региона выполнен комплексный проект по выбору площадки размещения Южно-Уральской АЭС. Результаты выполнения проекта стали основой для разработки технических и организационных мероприятий по обеспечению безопасности населения региона (Институт промышленной экологии УрО РАН).

22. Комплексные проблемы машиноведения, эргономика и биомеханика систем «человек-машина-среда», создание и функционирование макро- и микроробототехнических, мехатронных комплексов, динамика машин, волновые и вибрационные процессы в технике.

Разработана новая система анализа процессов малоциклового неизотермического неупругого деформирования конструкций, ориентированная на современные пакеты вычислительных программ и учитывающая различие физических процессов деформирования разных типов, неустойчивость процессов, неполноту и неточность исходных данных. Применение этой системы используется при создании новых норм прочности и безопасности атомных реакторов и в расчетах перспективных конструкций (Научно-инженерный центр «Надежность и ресурс больших систем и машин»).

24. Теория систем, общая теория управления сложными техническими и другими динамическими системами, в том числе единая теория управления, вычислений и сетевых связей, а также теория сложных информационно-управляющих систем, групповое управление и распределенное управление.

Изучены задачи оценивания состояния линейной многошаговой системы при смешанных возмущениях. Предполагается, что случайные возмущения являются гауссовскими, а детерминированные возмущения стеснены выпуклыми и компактными ограничениями. Определяются случайные информационные множества (мультиоценки). Показано, что при отсутствии случайных помех мультиоценки совпадают с информационными множествами из теории гарантированного оценивания. Рассмотрена структура мультиоценок, и установлено, что они являются суммой случайного вектора и детерминированного множества, которые зависят от набора параметров. В свою очередь, данный набор параметров однозначно определяет условную и безусловную вероятность включения мультиоценки в заданное накрывающее множество. Проведена минимизация вероятности включения по набору параметров и получена гарантированная вероятность включения мультиоценки в накрывающее множество. Обсуждается вопрос о форме накрывающего множества, в условном случае зависящего от измеренного сигнала. Изучены частные случаи. Рассмотрена модификация задачи при коммуникационных ограничениях, в которой принимается во внимание ограниченная мощность цифрового канала передачи данных. 

Известный в теории дифференциальных игр метод экстремального прицеливания применен для построения адаптивного управления в  задачах, в которых заранее не оговорен уровень динамической помехи.  Доказана теорема о гарантии. Разработаны алгоритмы и вычислительные программы. Они применены для исследования задач о посадке самолета  и  о преодолении самолетом препятствия по высоте в условиях ветрового возмущения. Проведено моделирование задачи воздушного перехвата одного слабоманеврирующего объекта другим (рис. 34-36) (Институт математики и механики УрО РАН).

Рассмотрена задача синтеза по данным измерений оптимального робастного управления объектом первого порядка при неизвестных значениях параметров объекта и неизвестных верхних границах внешнего и операторных возмущений. Показано, что приближенное решение сопутствующей невыпуклой задачи оптимальной идентификации может быть получено посредством сеточного поиска в двумерном пространстве параметров номинальной модели (Отдел математики Коми НЦ УрО РАН).

Разработана методика определения показателей надежности и средств ее обеспечения в разрезе зон свободного перетока мощности (ЗСПМ) сложных электроэнергетических систем (ЭЭС) для условий рыночных отношений в электроэнергетике. Методика создана на основе модернизации ранее разработанного программно-вычислительного комплекса (ПВК) «Орион-М» за счет принципиально новых подходов к формированию моделей генерирующей и нагрузочной частей системы, моделированию случайных состояний и математической модели их оценки. Значение модифицированного ПВК «Орион-М-ЗСПМ» определяется тем, что в условиях оптового рынка электроэнергии и мощности возникает необходимость проведения аукционов по продаже и покупке мощности в ЗСПМ. С помощью ПВК «Орион-М-ЗСПМ», совместно с Институтом «Энергосетьпроект» (г. Москва), проведены демонстрационные расчеты и показана его эффективность для оценки показателей и обоснования средств обеспечения надежности на уровне ЗСПМ, операционных зон объединенного диспетчерского управления и ЕЭС России в целом.

Разработан новый метод численного решения задачи оценивания состояния ЭЭС по неквадратичным критериям, основанный на модифицированном методе Ньютона с расчетом оптимального шагового множителя. Сравнение с ранее предложенными методами, выполненное на различных расчетных ситуациях с использованием тестовых схем ЭЭС, показало существенно более высокую (в 5-10 раз) скорость сходимости вычислительного процесса. Надежность сходимости обеспечивается применением разработанной процедуры определения оптимального шагового множителя, которая при использовании декартовой системы координат (активных и реактивных составляющих напряжений узлов) позволяет находить точное решение за конечное число шагов.

Разработан новый программно-вычислительный комплекс (ПВК) «Корнет» для решения задач оперативного управления ЭЭС. Особенностями ПВК являются: развитые средства визуализации данных в реальном времени, расчет установившегося режима ЭЭС методом Ньютона с использованием библиотек с разреженными матрицами, оценка показателей режимной надежности с параллельными расчетами на графических процессорах, удобство наращивания функциональных расчетных модулей. ПВК «Корнет» обеспечивает существенное снижение времени обработки исходной информации, что в условиях быстрого роста объема данных телеметрии (текущей и фиксируемой в оперативно-измерительных комплексах АСДУ) и систем мониторинга переходных режимов с векторными измерениями приобретает все большее значение. (Свидетельство об отраслевой регистрации разработки №10122) (Институт социально-экономических и энергетических проблем Севера Коми НЦ УрО РАН).

Информатика и информационные технологии

27. Теория информации, научные основы информационно-вычислительных систем и сетей, информатизации общества.

В рамках разработки теоретических основ информатизации общества получены результаты публикационной активности Уральского отделения РАН. Выявлены тенденции развития научных направлений, результативности работы отдельных научных коллективов и научных работников Уральского отделения РАН. Работы выполнены с использованием мировых БД Science Citation Index (SCI) и БД SCOPUS. Для исследования был взят временной период с 2002 по 2007 гг. (рис. 37). Данное исследование позволило впервые проследить публикационную активность Уральского отделения РАН, как в науке в целом, так и в отдельных отраслях знания.

Разработана методика ввода в эксплуатацию системы экспертных оценок предложений книжного рынка сотрудниками институтов УрО РАН. Основной результат работы – ввод в режиме тестовой эксплуатации Экспертной системы комплектования. В рамках экспертной системы в специальную базу данных периодически загружается информация, отражающая предложения книжного рынка научной литературы, издаваемой как в печатном, так и в электронном виде.

В целях оптимизации технологии поддержки интегрированного информационного комплекса (портала), предоставляющего пользователям Интернет через единую точку входа разнородную информацию, формируемую в научных организациях УрО РАН, выполнялись следующие работы: пополнение сводных каталогов поступающих в библиотеки НИУ УрО РАН изданий, дополненных ссылками на полные тексты материалов (рис. 38); систему постоянно обновляемых ссылок на важнейшие ресурсы по основным разделам естественных и общественных наук, доступных пользователям Уральского региона; базы данных публикаций сотрудников УрО РАН с подключенными к ним полными текстами статей; полнотекстовые электронные библиотеки по отдельным областям науки, расширен доступ пользователей ЦНБ к внешним ресурсам (Центральная научная библиотека УрО РАН).

28. Системный анализ, искусственный интеллект, системы распознавания образов, принятие решений при многих критериях.

Показано, что задача о минимальном аффинном разделяющем комитете остается NP-трудной в сильном смысле в произвольном пространстве фиксированной размерности n>1, причем труднорешаемость не обусловлена вырожденностью формулировок ее частных задач. Предложена и обоснована новая группа приближенных методов для общей задачи о минимальном разделяющем комитете и обладающих при фиксированной размерности пространства на порядок более высокой (чем у известных ранее алгоритмов) точностью (Институт математики и механики УрО РАН).

32. Архитектура, системные решения, программное обеспечение и информационная безопасность информационно-вычислительных комплексов и сетей новых поколений, системное программирование.

Выполнена НИОКР по созданию и внедрению в практику научных исследований УрО РАН многопроцессорной масштабируемой вычислительной системы с производительностью 3,0х1012 операций в секунду над вещественными числами с двойной точностью (3,0 Тфлопс) (рис. 39). Базовые компоненты ВС: - блейд - сервер фирмы Hewlett-Packard HP BL460с на базе 64-разрядных микропроцессоров Intel Xeon 54хх с тактовой частотой 3,0 ГГц; - коммуникационная счетная среда, выполненная по 20,0 Гб технологии InfiniBand; - среда ввода/вывода по технологии Gigabit Ethernet; - ОС Red Hat Enterprise Linux 5 Server; Microsoft Windows Compute Cluster Server 2003;. - средство параллельного программирования и др. Проведены испытания и тестирование. Вычислительная система сдана в опытную эксплуатацию. Пиковая производительность вычислительных ресурсов СКЦ ИММ УрО РАН возросла более чем в 2,77 раза.

Предложено оригинальное решение в области удалённой визуализации, которое может быть использовано для визуализации инженерных расчётов и суперкомпьютерных вычислений через Интернет. Разработаны прототипные системы, показывающие применимость данного решения. Программная система планируется в ближайшее время к внедрению на кластере ЮУрГУ для визуализации расчётов, проводимых предприятиями металлургической промышленности. Предполагается использование в системах визуализации программного обеспечения параллельных и распределенных вычислений и в специализированных системах научной визуализации.

Введены в эксплуатацию новые оптические линии (рис. 40). Ядро сети переведено на скорость 10Гбит/с, что гарантирует максимальную скорость доступа к вычислительным ресурсам ИММ УрО РАН при одновременной передаче больших объемов данных на несколько вычислительных серверов. В систему мониторинга сети добавлен модуль распределенного сбора статистики по протоколу netflow. На сайте speedtest.uran.ru размещены средства измерения скорости передачи данных до клиентских машин. Почтовый сервер mail.uran.ru переведен на новую платформу. Улучшена защита от спама и вирусов. Введен в эксплуатацию Web интерфейса к почтовому серверу. Разработаны планы маршрутизации звонков IP-телефонии между подразделениями УрО РАН (Институт математики и механики УрО РАН).

Разработан математический аппарат, позволяющий настраивать алгоритмы цифровой обработки сигналов на эффективную реализацию для различных классов параллельных архитектур вычислительных систем. Для потоковых алгоритмов дискретного преобразования Фурье получены аналитические зависимости верхних оценок аппаратной и временной сложности вычислений (в базисе схем из функциональных элементов) от характеристик топологии графов.

Разработан специальный язык программирования и компилятор для обеспечения создания больших программных проектов на ОВС MiniTera (Институт машиноведения УрО РАН).

Химические науки и науки о материалах

36. Теоретическая химия и развитие методологии органического и неорганического синтеза, новые методы физико-химических исследований.

Предсказан и синтезирован новый сверхпроводник – оксивисмутид никеля LaNiBiO (T ~ 4K), изоструктурный семейству слоистых FeAs сверхпроводников. Установлено, что особенности электронного спектра, определяющие возникновение сверхпроводящего состояния для LaNiBiO и SmFeAsO (T = 56K), подобны. Предложены пути поиска новых висмутсодержащих сверхпроводящих материалов (рис. 41).

На квазикристаллообразующих сплавах Al-Cu-Fe развит подход к выяснению механизма превращения - твердый раствор i - икосаэдрическая фаза с позиций ближнего порядка, ориентационных соотношений фаз и дефектности фаз. Предложены модели перестройки локальной структуры b i ближнего порядка при структурных превращениях.

Разработана лабораторная методика получения прекурсора синтеза карбида вольфрама путем жидкофазного взаимодействия вольфрамовой кислоты и сажи в водном растворе. Дисперсность порошка прекурсора определяется его иерархической структурой, представляющей собой совокупность слабосвязанных частиц с размерами 200-400 нм, агрегированных в более крупные частицы размером ~1 мкм. Установлена возможность получения высокодисперсного карбида вольфрама WC из материала на основе синтезированного прекурсора (Институт химии твердого тела УрО РАН).

В результате систематических термодинамических исследований в широком интервале температур технических свойств бинарной системы алюминий-скандий показано, что получение из расплава лигатур Al-Sc в виде быстрозакаленных лент позволяет достичь в них содержания скандия до 2 мас.%, что существенно превышает его равновесную растворимость в алюминии. Установлено, что эти сплавы не имеют включений интерметаллидов, превышающих наноразмерный диапазон, что отвечает самым высоким техническим требованиям и говорит о перспективности такой формы изготовления лигатур для модифицирования широкого спектра особо прочных алюминиевых сплавов (Институт металлургии УрО РАН).

Установлен характер изменения акустических свойств расслаивающихся жидких смесей галогенидов щелочных металлов в зависимости от размеров ионов. Выполнены работы по измерению скорости звука для расслаивающихся расплавленных смесей фторида лития с галогенидами калия, рубидия и цезия на линии насыщения. Выявлено, что с ростом температуры разность скоростей в фазах уменьшается. Установлено, что при одной температуре разность скоростей в фазах тем больше, чем значительнее размер иона тяжелого галогенида. При температуре фазового перехода найден излом на зависимости скорость звука-температура.

Выявлена роль кооперативных дефектов кристаллической решетки в «аномальном» изменении теплофизических свойств галогенидов щелочных металлов и их эвтектических смесей вблизи температуры фазового превращения кристалл-расплав. Предложен способ расчета концентрации кооперативных дефектов кристаллической решетки, ответственных за «аномальное» изменение теплофизических свойств, наблюдаемое вблизи температуры фазового перехода кристалл-расплав. Используя установленные закономерности изменения концентрации кооперативных дефектов, можно предсказать свойства неизученных галогенидных систем.

Впервые выявлены закономерности фазового перехода порядок - беспорядок при адсорбции галогенидных ионов на заряженных твердых поверхностях на примере металлов подгруппы меди. На основании анализа спектров импеданса золотого, серебряного и медного электродов в расплавленных хлоридах, бромидах и иодидах щелочных металлов впервые показано, что смещение анодного минимума относительно потенциала минимума емкости уменьшается тем значительнее, чем меньше размер аниона или катиона и ниже температура и частота переменного напряжения, подаваемого на электрод. Установлено, что вероятность наступления фазового перехода напрямую связана со склонностью металла электрода образовывать комплексные ионы с анионами солевой фазы (Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН).

Предложен новый метод построения связи углерод-углерод, основанный на реакции прямого С-С сочетания радикальных интермедиатов, генерируемых из солей пиразиния, с соединениями с кратной связью. Исследованы реакции четвертичных солей N-этилпиразиния с йодидом натрия. В результате восстановительной димеризации получены производные тетрагидро[2,2’]бипиразинил-тетракарбонитрилов (рис. 42).

Исследованные реакции открывают современные подходы, позволяющие получать широкий круг новых гетероциклических систем, труднодоступных в рамках традиционных синтетических методов.

Синтезированы новые фторсодержащие лиганды ряда пиридина и бис(пиразола), представляющие интерес как билдинг-блоки для формирования различных координационных структур – объектов для поиска новых материалов с магнитоактивными и люминисцентными свойствами.

Разработаны методы синтеза аналогов пуриновых оснований, в результате циклизации фторалкилированных 2-этоксиметилиден-3-оксоэфиров с различными аминоазолами. Для полученных гетероциклов обнаружено явление кольчато-цепной изомерии, возникающее из-за присутствия полифторалкильного заместителя. Показаны возможности модификации полученных дигидроазоло[1,5-a]пиримидинов. В ряду синтезированных веществ обнаружена туберкулостатическая активность.

Разработаны новые реметаллизирующие составы, представляющие собой смеси сложных эфиров перфторкарбоновых кислот и полиолов. На основе фторированных простых эфиров, содержащих дополнительную функциональную группу, получены полиэфиры в присутствии каталитического количества эфирата трехфтористого бора. Полученные соединения обладают гидрофобными свойствами и хорошо совмещаются с органическими средами, что позволяет использовать их в качестве добавок к индустриальному маслу (И-20А) с целью улучшения трибологических свойств базового масла. Установлено, что коэффициент трения составов с добавками полимеров уменьшается в 4 раза, а износоустойчивость увеличивается (Институт органического синтеза УрО РАН).

Разработан метод синтеза ранее неизвестных гетероциклов - синтез азотсодержащих функционализированных каркасных соединений, пригодных для создания лекарственных препаратов, полидентатных лигандов для молекулярной электроники, полимерных материалов. Метод основан на использовании ретропинаколиновой перегруппировки на ключевой стадии реакции.

Разработан метод глубокой очистки аммиачных растворов от ионов Cu(II), Ni(II), Co(II) и Zn(II) флотацией с применением несимметричных 1,2-диацилгидразинов (ДАГ). Достигнуто остаточное содержание ионов металлов, удовлетворяющее требованиям ПДК для воды хозяйственно-бытового назначения. В ряду ДАГ предложен реагент для флотации ионов цветных металлов. Предлагаемые флотореагенты можно использовать в процессах очистки сточных вод гальванических производств (Институт технической химии УрО РАН).



Pages:     || 2 | 3 |
 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.