Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск

Научный рецензируемый журнал «Известия Юго-Западного государственного университета» является подписным периодическим печатным изданием, в котором публикуются материалы, содержащие результаты фундаментальных и прикладных исследований в области машиностроения, информатики и вычислительной техники и строительства. Основное содержание журнала составляют научные статьи, научные обзоры, научные рецензии и отзывы.

Журнал зарегистрирован в качестве средства массовой информации Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (свидетельство о регистрации ПИ №ФС77-42691 от 16.11.10).

Журнал издается в печатной форме с периодичностью 6 номеров в год. Обязательные экземпляры журнала направляются в Информационно-телеграфное агентство России (ИТАР-ТАСС). Журнал в печатной форме распространяется на всей территории РФ, а также за ее пределами по подписке. Подписной индекс по объединенному каталогу «Пресса России» - 41219.

Журнал включен в перечень ведущих научных журналов и изданий ВАК Минобрнауки России по следующим группам научных специальностей:

Машиностроение и машиноведение: 05.02.05; 05.02.07; 05.02.10;

Строительство: 05.23.01; 05.23.03; 05.23.17

Информатика, вычислительная техника и управление 05.13.01, 05.13.05, 05.13.06, 05.13.10; 05.13.18; 05.13.19

Редакция не взимает плату с авторов за подготовку, размещение и печать материалов.

Текущий выпуск

Том 25, № 2 (2021)
Скачать выпуск PDF

Машиностроение и машиноведение 

8-22 59
Аннотация

Цель исследования. Анализ средств консервации для защиты изделий техники для определения направления для модификации консервационных материалов.
Методы. Для достижения поставленной цели применялся обзор современной научно-технической литературы в данной области. Для поддержания хранящихся изделий в работоспособном состоянии, в готовности к использованию по предназначению применяется метод консервации с использованием смазочных материалов. Смазочные материалы различного назначения принято подразделять на смазки, масла и специальные жидкости.
Результаты. Применяемые в настоящее время средства консервации не только не обеспечивают в полной мере надежной защиты материалов изделий, но в большинстве случаев сами являются источниками питания для микроорганизмов, провоцируя развитие микробиологических и коррозионных повреждений. Одним из новых направлений при модификации консервационных материалов является использование альтернативных источников для модификации на основе материалов растительного происхождения (эфирные масла). Проведенный анализ свидетельствует о том, что многие из предусмотренных средств консервации по объективным причинам не производятся, а использование других средств зачастую оказывается малоэффективным. Решение этой проблемы связано с применением эфирных масел для модификации существующих консервационных материалов, которые должны повысить их защитные свойства от воздействия микроорганизмов-биодеструкторов, и как следствие, создать эффективную защиту от процессов коррозии и биологических повреждений.
Заключение. Представленные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки, фрикционного взаимодействия, хранении и консервации металлических систем с учетом условий эксплуатации конкретной детали для различных погодных условий.

Строительство 

23-34 47
Аннотация

Цель исследования. С ростом численности населения Земли, увеличением числа мегаполисов растёт потребление различных товаров, отходы которых со временем превращаются в мусор. Растущее с каждым годом количество всевозможных отходов и их негативное воздействие на окружающую среду является проблемой мирового масштаба. Однако при всех существующих способах утилизации отходов в нашей стране применяется наименее экологичный способ утилизации отходов – утилизация по средствам захоронения на полигонах ТБО, ТКО. Полигоны ТБО, ТКО являются источником свалочного газа неконтролируемые выбросы которого оказывают негативное влияние на экологию. При этом свойства свалочного газа позволяют использовать его в качестве источника энергии. Проведённый анализ проблем показал актуальность направления использования свалочного газа как альтернативного вида газового топлива, а также разработки устройств для его эффективного сжигания.
Методы. В статье рассмотрено влияние, оказываемое на биосферу Земли свалками твёрдых бытовых отходов (ТБО). Проведён анализ мировой проблемы утилизации отходов, рассмотрены пути решения. На основе методики, указанной в ГОСТ 33998-2016 «Приборы газовые бытовые для приготовления пищи. Общие технические требования, методы испытаний и рациональное использование энергии» проведено исследование эффективности процесса сжигания свалочного газа в разработанной конструкции газогорелочного устройства, оснащённого тепловым рассекателем.
Результаты. На основании экспериментальных исследований для газогорелочного устройства разработанной конструкции получены значения КПД, % горелки и содержание угарного газа (СО, мг/м3) в продуктах сгорания в зависимости от длины теплового рассекателя.
Заключение. Результаты экспериментальных исследований показали высокую эффективность оригинального газогорелочного устройства при сжигании свалочного газа.

35-50 54
Аннотация

Цель исследования – построение методологии и алгоритма для конечноэлементного моделирования в единой вычислительной схеме деформирования плоских стальных ферм, предварительно напряженных с помощью высокопрочных канатов, в соответствии с хронологией воздействий на объект в виде преднапряжений, нормативных нагрузок и аварийного разрушения одного из несущих элементов.
Методы. Решение задачи осуществляется в геометрически нелинейной постановке с помощью численного интегрирования на основе подхода метода Ньюмарка с построением уравнений равновесия конечноэлементной модели конструкции в деформированном состоянии на каждом шаге интегрирования. Учитывается конструктивная нелинейность, связанная со структурными перестройками и рассмотрением работы канатов только на растяжение. Прослеживается приложение сил тяжести несущей системы, последовательное введение затяжек и их преднапряжение, приложение полезной нагрузки и аварийное воздействие в форме мгновенного локального разрушения. При этом до возникновения разрушения моделируется условие статического нагружения с использованием метода динамической релаксации. Сформулирована методология учета в рамках численного интегрирования аварийного воздействия путем приложения фиктивных сил, значения которых вычисляются в исключаемом конструктивном элементе на момент времени перед его разрушением.
Результаты. Работоспособность представленной вычислительной процедуры иллюстрируется на примере расчета плоской стальной фермы пролетом 54 м, включающей два каната. Рассмотрено поведение объекта с учетом обрыва одного из канатов, подвергавшегося предварительному напряжению. Установлено, что исследуемая аварийная ситуация не приводит к разрушению второго каната и возникновению пластических деформаций в стержнях фермы.
Заключение. Выполненные разработки могут быть использованы для обеспечения живучести предварительно напрягаемых стальных ферм при запроектных воздействиях, приводящих к разрушениям отдельных конструктивных элементов.

Информатика, вычислительная техника и управление 

51-64 67
Аннотация

Цель исследования. Для некоторых классов современных информационных систем выполнение известных алгоритмов преобразования данных при проведении процедур идентификации и аутентификации источника данных затруднено из-за ограничений на длительность полного цикла обработки данных. В статье рассматривается алгоритм выполнения процедуры определения источников для группы блоков данных, позволяющий за счёт изменения порядка выполнения типовых операций обнаруживать возникающие ошибки раньше, чем обычные итерационные алгоритмы формирования древовидных структур. Целью работы является снижение вычислительных и ресурсных затрат на выполнение приёмником процедур идентификации источников групп блоков данных, каждый из которых обладает размером, не превышающим несколько байтов .
Методы. В основе рассматриваемого метода идентификации лежит рекурсивный алгоритм формирования древовидной структуры из блоков поступающей информации и последующий анализ ветвей такой структуры. Это позволяет определить подмножество блоков, сформированных целевым источником. В статье приведено формальное математическое описание алгоритма, а также представлены результаты проведённого имитационного моделирования процедур определения источника. При этом характеристики рекурсивного алгоритма сравнивались с аналогичными, полученными для известного итерационного.
Результаты. Полученные в результате имитационного моделирования зависимости между средним числом типовых операций сравнения хешей, средним числом сформированных ветвей древовидной структуры блоков и числом принятых блоков позволили сформулировать критерии применения рекурсивного и итерационного алгоритмов.
Заключение. В работе показано, что применение рекурсивного алгоритма формирования древовидной структуры кадров позволяет снизить среднее число выполняемых приёмником типовых операций на 5 – 10 % и уменьшить затраты памяти для хранения ветвей такой структуры на величину до 30% .

65-82 54
Аннотация

Цель исследования. Необходимость разработки математической модели определения состава бинарных отношений и аппаратно-ориентированного алгоритма умножения бинарных матриц, позволяющих обеспечить организацию параллельной обработки данных при определении состава бинарных отношений.
Методы. Процедура определения состава бинарных отношений заключается в следующем: на первом этапе выполняется определение отношения следования, для этого производится его транзитивное замыкание; определение отношения связи происходит после выяснения отношения следования; затем происходит выяснение отношения альтернативы; на завершающем этапе определения состава бинарных отношений выполняется выяснение отношения параллельности.
Результаты. В данной работе разработана математическая модель определения состава бинарных отношений и алгоритм умножения бинарных матриц. Новизной математической модели является введение бинарных отношений связи, альтернативы и параллельности вершин граф-схем параллельных алгоритмов в дополнение к отношению следования, известному в теории графов. Новизной алгоритма умножения бинарных матриц является сокращение числа итераций внутреннего цикла (по переменной k) при получении единичного значения на одной из итераций нахождения скалярного произведения двоичных векторов.
Заключение. Разработанная математическая модель бинарных отношений следования и связи вершин граф-схем параллельных алгоритмов позволяет обеспечить организацию параллельной обработки данных при определении состава бинарных отношений. На базе математической модели определения состава бинарных отношений разработан аппаратно-ориентированный алгоритм для умножения бинарных матриц, позволяющий перенести вычислительно сложные процедуры умножения бинарных матриц на аппаратный уровень. Разработанная математическая модель и алгоритм позволяют осуществить практическую реализацию устройств для умножения бинарных матриц с прерыванием внутреннего цикла.

83-92 47
Аннотация

Цель исследования. Анализ бифуркаций двухчастотных колебаний электропривода постоянного тока с широтно-импульсным управлением.
Методы. Исследования основаны на построении стробоскопического отображения Пуанкаре, расчете седловых периодических орбит и их устойчивых и неустойчивых инвариантных многообразий.
Результаты. Выполнено исследование механизмов возникновения двухчастотных колебаний из теряющего устойчивость периодического движения в электроприводе постоянного тока с широтно-импульсным управлением. Изучена нелокальная седло-узловая бифуркация, приводящая к резонансу (синхронизации) на торе, характеризуемом парой независимых частот, когда их отношение становится рациональным числом.
Заключение. Проведен бифуркационный анализ системы управления электроприводом постоянного тока, динамика которой описывается негладкими неавтономными дифференциальными уравнениями. Исследования проводились на итерируемом отображении, полученном из указанного векторного поля в аналитическом виде. Показано, что рассматриваемая система демонстрирует двухчастотные колебания, которые возникают через бифуркацию Неймарка-Саккера. В фазовом пространстве дискретной модели колебаниям с двумя независимыми частотами соответствует замкнутая инвариантная кривая. Показано, что если эти частоты соотносятся кратно, то происходит резонанс, когда динамика становится периодической. Но при этом замкнутая кривая остается инвариантной, а предельные точки орбиты образуют пару периодических циклов – устойчивый и седловой, отвечающих рациональному отношению частот. Замкнутая инвариантная кривая образована неустойчивыми многообразиями седлового цикла. Если же отношение частот иррациональное, то динамика квазипериодическая. Орбиты такого движения всюду плотно заполняют замкнутую кривую.

93-106 67
Аннотация

Цель исследования. Разработка методики оценки средней скорости течения физиологических жидкостей в капиллярах по изображениям, полученным с помощью лазерной спекл-контрастной визуализации. Методика включает получение экспериментальных данных в виде изображения течения жидкости в тонкой трубке, их предварительную обработку, включая отсеивание и сжатие данных, а также обучение и тестирование приближенных моделей с использованием современных методов машинного обучения.
Методы. Экспериментальное исследование течения жидкости в трубке основано на применении метода лазерной спекл-контрастной визуализации, по полученным изображениям рассчитываются значения пространственного спекл-контраста. Полученные данные подвергаются предварительной обработке, включающей отсеивание данных до установившегося режима течения, а также сжатие полученных изображений с помощью метода главных компонент, что позволяет снизить размерность признакового пространства. Задача прогнозирования средней скорости по изображению течения жидкости решается как задача классификации на основе композиции решающих деревьев, построенных с помощью процедуры бэггинга, а также в виде «случайного» леса.
Результаты. Разработана методика предсказания средней скорости течения жидкости в капилляре по изображениям, полученным с помощью метода лазерной спекл-контрастной визуализации. Точность предсказания средней скорости (или расхода) на обучающей выборке составила около 91%, на валидационной и тестовой выборках - не менее 81,5%.
Заключение. На основе разработанной методики планируется определять кинематические характеристики параметров течения физиологических жидкостей, что позволит улучшить разработанный ранее авторами инерционный способ измерения вязкости испытуемых жидкостей, избавившись от ряда допущений относительно профиля скорости.

107-122 54
Аннотация

Цель исследования. Данная работа представляет собой описание процесса принятия управленческих решений применительно к системе управления логистическими потоками на основе принципов и понятий теории управления.
Методы. Формализация системы управления логистическими потоками транспортно-складского комплекса основана на подходах и методах теории управления. Предложенная модель системы управления предполагает формирование воздействующего влияния, конкретизацию выходных координат объекта управления после отработки управляющего воздействия, описание внешней среды. Представлена визуальная модель системы управления и ее формализация с позиций теоретико-множественного подхода. Описаны принципы управления по ошибке и возмущению, учет которых позволяет скорректировать управленческое воздействие на логистические потоки транспортно-складского комплекса для достижения целевых ориентиров организации. Принятие управленческого решения в области логистики транспортно-складского комплекса основано на процессном подходе.
Результаты. Предложенная визуальная, а также теоретико-множественная модель системы управления логистическими потоками транспортно-складского комплекса является основанием для дальнейшей формализации задачи управления, критериев оптимальности и соответствующих ограничений в аналогичных логистических системах. Заявленный в статье процесс принятия управленческого решения применительно к логистическим потокам рассматривается как основание для расширения возможностей применения автоматизированных систем поддержки принятия решений.
Заключение. Перспективы дальнейшего развития управленческих процессов на основе принципов автоматизации оцениваются как существенные. Теоретическим обоснованием таковых является формализация модели системы управления на основе подходов теории управления. Это позволяет определить направления дальнейшего научного задела по тиражированию оснований теории управления на такие организационные системы, как логистические, а также определить задачу управления к ним.

123-139 45
Аннотация

Цель исследования. Разработка нейронной модели полупроводникового датчика газа с целью генерации данных для обучения устройства обработки информации газоанализаторов на основе искусственных нейронных сетей (ИНС). Поиск и оптимизация состава и объема обчищающих данных. Нейронная модель датчика должна учитывать влияние на сигнал тех факторов, колебания которых вносят максимальный вклад в погрешности измерений. Апробация модели на полупроводниковых датчиках угарного газа и водорода.
Методы. Методы компьютерного моделирования, численные методы, теория нейронных сетей. Для сопоставления результатов моделирования и откликов реальных датчиков определялись относительная погрешность и среднеквадратическое отклонение.
Результаты. Проведены исследования различных структур нейронной модели полупроводникового датчика, осуществлен выбор структуры многослойной нейронной сети прямого распространения для двух полупроводниковых датчиков угарного газа и водорода, произведена оценка погрешностей моделирования, даны рекомендации по выбору оптимальной структуры и объему обучающих данных.
Заключение. Получены нейронные модели полупроводниковых датчиков угарного газа и водорода, сделаны выводы о возможности применения данной структуры ИНС при решении типовых задач. На основании анализа полученных погрешностей показана эффективность применения нейронных моделей датчиков для генерации обучающих данных. Максимальная относительная погрешность моделирования полупроводникового датчика монооксида углерода TGS2442 не превысила 5% по основной характеристике и 2% по дополнительным. Максимальная относительная погрешность моделирования полупроводникового датчика водорода TGS2442 не превысила 3% по основной характеристике и 1% по дополнительным.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.