Search

For purposes of asymmetric confrontation with the Russian Navy, distributed systems (DS; cable, tethered, etc.) for unmanned underwater vehicles need further development and improvement. To date, specifics and methods of designing such DSs are insufficiently covered in scientific and technical literature. Distributed systems include towed systems of constant or variable length in a flow of liquid, underwater communication cables, pillars of offshore oil platforms, etc. This definition includes mechanical objects with one of the linear dimensions at least 10 – 20 times larger than the other two. The main limitations for application of the finite difference method (FDM) for numerical modeling of wave propagation and reflection in DS are the peculiarities of the defining quasi-linear equations. They are related to the need of simultaneous calculation of variables responsible for fast and slow wave processes. The term "singularly perturbed system of equations" is used for such systems of equations. These perturbations are the result of a significant difference in propagation velocities of longitudinal, configurational, bending, and torsional waves in DS at the physical level, etc. In this regard, it is necessary to apply the special step-by-step methods of regularization and filtering of numerical results. This imposes certain limitations on the possibility of simulating real processes and on the accuracy of obtained results, and forces the use of the implicit difference schemes and high-frequency filtering. The method of parallelization of the finite-difference operator and the program code according to the wave type is considered. The idea of parallelization by waves is based on the physical feature of propagation of different types of waves in distributed systems – a difference of 10 – 100 or more times between the propagation velocities of the longitudinal, transverse (configurational), bending and torsional waves in DS. The increase in productivity of the MPI version of a programming code when performing calculations on the SMP system is on average at least 30 – 100%, depending on the required accuracy of calculations and parallelization options. The version of the parallelized code, which uses the wave factorization method, is relevant when solving tasks of DS control, operational numerical analysis of transient modes of motion, etc., where performance is critically necessary. The comparative assessment of the accuracy of the experimental data, the original (non-parallelized) algorithm and the parallelized algorithm was carried out using the example of the numerical solution of the problem of the towing vessel’s movement in the acceleration mode when towing the DS., Для целей асимметричного противостояния с ВМС РФ в дальнейшем развитии и совершенствовании нуждаются распределенные системы (РС; кабельные, привязные и др.) для беспилотных подводных аппаратов. На сегодняшний день специфика и методы проектирования таких РС в научно-технической литературе освещены недостаточно. Распределенные системы – буксируемые системы постоянной или переменной длины в потоке жидкости, подводные кабели связи, опоры морских нефтяных платформ и т.д. Под это определение подпадают механические объекты, в которых один из линейных размеров как минимум в 10 – 20 раз больше двух других. Основными ограничениями для применения метода конечных разностей (МКР) для численного моделирования распространения и отражения волн в РС являются особенности определяющих квазилинейных уравнений. Они связаны с необходимостью одновременного вычисления переменных, ответственных за быс­тротечные и медленные волновые процессы. Для таких систем уравнений используется термин «синхронно возбужденная система уравнений». Эти возмущения являются следствием значительной разницы в скоростях распространения продольных, конфигурационных, изгибающих и крутильных волн в РС на физическом уровне и т.п. В связи с этим необходимо применять специальные пошаговые по времени методы регуляции и фильтрации численных результатов. Это накладывает определенные ограничения на возможность моделирования реальных процессов и точность полученных результатов, и заставляет применять неявные разностные схемы и высокочастотную фильтрацию. Рассмотрен метод распараллеливания конечно разностного оператора и программного кода по волновому типу. В основе идеи распараллеливания за волнами лежит физическая особенность распространения волн разного типа в РС – разница в 10 – 100 и более раз между скоростями распространения в РС продольных, поперечных (конфигурационных), изгибающих и крутящих волн. Прирост производительности MPI версии программного кода в целом при проведении вычислений на SMP-системе составляет в среднем не менее 30 – 100% в зависимости от необходимой точности вычислений и вариантов распараллеливания. Версия распараллеленного программного кода, использующего метод волновой факторизации, актуальна при решении задач управления РС, оперативного численного анализа переходных режимов движения и т.п., где быстродействие является критически необходимым. Произведена сравнительная оценка точности экспериментальных данных, исходного (нераспараллеленного) алгоритма и распараллеленного алгоритма на примере численного решения задачи о движении судна-буксировщика в режиме ускорения при буксировке РС., Для цілей асиметричного протистояння з ВМС РФ подальшого розвитку та вдосконалення потребують розподілені системи (РС: кабельні, прив’язні та інші) для безпілотних підводних апаратів. На сьогодні специфіка та методи проектування таких РС у науково-технічній літературі висвітлені недостатньо. Розподілені системи – це буксирувані системи постійної чи змінної довжини в потоці рідини, підводні кабелі зв’язку, опори морських нафтових платформ та інше. Під це визначення підпадають механічні об’єкти, в яких один із лінійних розмірів як мінімум у 10 – 20 разів більший за два інших. Основними обмеженнями для застосування методу скінчених різниць (МСР) для чисельного моделювання поширення та відбиття хвиль у РС є особливості визначальних квазілінійних рівнянь. Вони пов’язані з необхідністю одночасного обчислення змінних, відповідальних за швидкоплинні та повільні хвильові процеси. Для таких систем рів­нянь ви­ко­рис­товується тер­мін «син­гу­ляр­но збурена система рівнянь». Ці збурення є наслідком значної різниці у швидкостях поширення поздовжніх, конфігураційних, згинальних і крутильних хвиль у РС на фізичному рівні і таке інше. У зв’язку з цим необхідно застосовувати спеціальні покрокові за часом методи регуляризації та фільтрації чисельних результатів. Це накладає певні обмеження на можливість моделювання реальних процесів та на точність отриманих результатів і змушує застосовувати неявні різницеві схеми та високочастотне фільтрування. Розглянуто метод розпаралелювання скінченнорізницевого оператора та програмного коду за хвильовим типом. В основі ідеї розпаралелювання за хвилями лежить фізична особливість поширення хвиль різного типу в РС – відмінність у 10 – 100 і більше разів між швидкостями поширення в РС поздовжніх, поперечних (конфігураційних), згинальних і крутильних хвиль. Приріст продуктивності MPI‑версії програмного коду в цілому при проведенні обчислень на SMP-системі становить в середньому не менше 30 – 100% залежно від необхідної точності обчислень і варіантів розпаралелювання. Версія розпаралеленого програмного коду, що використовує метод хвильової факторизації, актуальна при вирішенні завдань управління РС, оперативного чисельного аналізу перехідних режимів руху тощо, де швидкодія є критично необхідною. Проведена порівняльна оцінка точності експериментальних даних, вихідного (нерозпаралеленого) алгоритму та розпаралеленого алгоритму на прикладі чисельного розв’язання задачі про рух судна-буксирувальника в режимі прискорення при буксируванні РС.

The structure investigation of the fault and folded deformations of sedimentary deposits at Donbas on various scale levels: from microdislocations to large amplitude ones is carried out. It is established that on all scale levels, the lateral frequency of the folds resulting from the wave processes caused by pulsed horizontal tectonic forces in the post-inversion period is seen. According to the parameters of natural and technogenic fault dislocations of Donbas, the authors calculated fractal dimensions for dependencies of lengths, the number of deformations, the surface area of shifters, the distance between the cracks from the scale of maps for individual mines and workings, coal beds and sandstones. The measurements were carried out on micrographs of coal particles, in mining workings, according to the geological maps of Donbas and individual districts. The distributions of fault deformations in the coalrock massif are described by lognormal and power laws, which indicates the fractality of the fault deformation of sedimentary deposits at Donbas, and the differences of fractal dimensions at various scale levels point at its multifractality. The accuracy of the obtained results is confirmed by the similarity of fractal dimensions calculated by various methods. The discrepancy between the values of fractal dimensions at the different scale levels reflects the impact of additional local or regional factors affecting the formation of the basin framework. The obtained data attest to the action of fractal-wave processes, which, being superpositioned on the resulting deposits, formed a complex structure of the sedimentary thickness of Donbas., Проведено дослідження структури розривних і складчастих порушень осадових відкладів Донбасу на різних масштабних рівнях: від мікродислокацій до крупноамплітудних дислокацій. На всіх масштабних рівнях визначено латеральна повторюваність складок, зумовлена хвильовими процесами, викликаними імпульсними горизонтальними тектонічними силами в постінверсійний період. За параметрами природних і техногенних розривних дислокацій Донбасу розрахована фрактальна розмірність для залежностей довжин, кількості порушень, площі поверхні зміщувачів, відстані між тріщинами від масштабу карт для окремих шахт і виробок, вугільних пластів і пісковиків. Виміри проводили по мікрофотографіях вугільних частинок, у гірничих виробках, по геологічних картах Донбасу та окремих районів. Установлено, що розподіли розривних порушень у вуглепородному масиві описуються логнормальними та степеневими законами. Це засвідчує фрактальність розривної порушеності осадових відкладів Донбасу, а відмінності фрактальної розмірності на різних масштабних рівнях вказують на її мультіфрактальність. Достовірність отриманих результатів підтверджується подібністю фрактальної розмірності, розрахованої різними методами. Розбіжність значень фрактальної розмірності на різних масштабних рівнях відображає наявність додаткових локальних або регіональних чинників, що впливають на формування структури басейну. Отримані дані засвідчують дію фрактально-хвильових процесів, які, накладаючись на відклади, що утворилися, сформували складну структуру осадової товщі Донбасу.

Вивчаються дисипативні процеси при гармонічному деформуванні пружних вологонасичених пористих середовищ, заданих комплексними модулями пружності й комплексними модулями, які залежать від пористості та стискуваності рідини. Отримані формули для визначення швидкостей розповсюдження та коефіцієнтів затухання поздовжніх звукових хвиль. Побудована залежність відношення уявної частини модуля пружності до дійсної. Розглянуті різновиди корозійних процесів при впливі на цементні бетони різноманітних агресивних середовищ у межах класифікації за В.М.Москвіним й описані їх відмінні ознаки. У роботі зазначено, що руйнування цементних бетонів визначаються процесами масопереносу й хімічних реакцій. Проблема забезпечення безпеки й довговічності споруд, будівель, дорожніх та аеродромних покриттів обумовлює необхідність розробки ефективних рекомендацій на основі математичного моделювання, які дозволять попередити руйнування конструкції від корозії та хвильових навантажень. Математичне моделювання, виконане на основі теорії пружності та консолідації пористих анізотропних середовищ Біо (Biot M.A.) , післядії динамічних навантажень на матеріал середовища, і, зокрема, на цементобетонне покриття автомобільних доріг та аеродромів, дозволяє прогнозувати й покращувати їх експлуатаційні характеристики. Аналітичне дослідження розповсюдження пружних хвиль у матеріалі аеродромного покриття при силовому впливі повітряних суден буде у значній мірі сприяти розв’язку проблеми діагностики поточного експлуатаційного їх стану і у наступному обчисленню залишкового ресурсу безвідмовної роботи.Отримані в роботі результати можна в подальшому використати для вдосконалення і уточнення інженерних методів розрахунку параметрів діагностичної апаратури, яка застосовується для визначення експлуатаційного стану бетонів дорожніх и аеродромних покриттів, як на стадії конструювання подібних приладів, так і в умовах їх реальної експлуатації., The object of this study are the dissipative processes in the harmonious deformation of the elastic moisture-saturated porous media specified by complex modulus of elasticity and complex modules dependent on the porosity and density of the fluid. Formulas for determining the propagation velocities and attenuation coefficients of longitudinal sound waves have been obtained. The relationship between the imaginary part of elastic modulus and the actual part is constructed. Varieties of corrosive processes under the influence of various aggressive media within the V.M.Moskvin classification boundaries on cement concretes are considered and their distinctive features are described. It is noted in the paper that the destruction of cement concretes is determined by the processes of mass transfer and chemical reactions. The problem of ensuring safety and durability of structures, buildings, road and airfield surfaces necessitates the development of effective recommendations based on mathematical modeling, which will prevent the destruction of structures from corrosion and wave loads. Mathematical modeling based on the theory of elasticity and consolidation of porous anisotropic media (Biot M.A.), the effect of dynamic loads on the medium material, and, in particular, the cement concrete coating of roads and airfields allows forecasting and improving their performance. Analytical study of elastic wave propagation in the airfield coating material under the force of aircraft will be contribute significantly towards solving the problem of diagnostics of the current their operational condition and in the subsequent calculation of the residual reliable exploitation lifespan.The results obtained in this work can be further used to improve and refine engineering methods for calculating the parameters of diagnostic equipment used to determine operational state of concretes of road and airfield coverings, both at the stage of design and construction of such devices and in their actual operation.