Известия Алтайского государственного университета

Кристаллическая и электронная структура галогенидов ацетилхолина

2024-04-05T14:54:50+07:00

В работе с использованием первопринципных методов с учетом дисперсионных взаимодействий исследуются структурные и электронные характеристики биологически активных соединений на примере галогенидов ацетилхолина (ACh-Hal, Hal Cl, Br). Первоначально для молекулярной формы ACh получена картина распределения электростатического потенциала, анализ которой позволил определить оптимальную геометрию присоединения атомов галогенов в области метильных и метиленовой групп, окружающих атом азота. Это позволило объяснить основные особенности упаковки ACh-Hal в кристаллической фазе (орторомбический ACh-Cl, P2₁2₁2₁, моноклинный ACh-Br, P2₁), для которых были получены параметры оптимизированной геометрии и основные характеристики электронной структуры, включая координаты атомов, значения валентных и торсионных углов, зонные структуры, значения ширины запрещенной зоны, полные и проектированные плотности состояний, а также карты распределений электронной плотности.

Развитие теории и эксперимента в области сенсорно-актуаторных квантовых технологий биомиметических материалов

2024-04-05T14:54:50+07:00

В обзоре дан анализ проблемы создания единого подхода к экспериментальному описанию и к теоретическому расчету взаимосвязей, идущих параллельно внутри атомов аттосекундных реакций субатомных квазичастиц и фемтосекундных превращений на атомном масштабном уровне биомиметических материалов. Решение этой проблемы появилось на грани 2020-х гг., когда синхротронная генерация аттосекундных однопериодных фотонов сделала возможным экспериментальное изучение их влияния на субатомную квантовую динамику в материалах и открыла путь к квантовым технологиям управления аттосекундной динамикой пар и одиночных электронов, запутанных с однопериодными фотонами. Рассмотрены решения трех основных задач, открывающих реальные перспективы разработки квантовых наноэлектромеханических систем сенсорно-актуаторных технологий самосборки и самоорганизации биомиметических материалов, начиная с аттосекундно-субатомного масштаба и, через диссипативные энергетические цепи, заканчивая фемтосекундными процессами на атомном уровне материала. Рассмотрены значимость и актуальность построения моделей квантовой физикохимии и компьютерных расчетов механизмов иерархической системы управления квантовыми технологиями не только на субатомном и атомном, но также на более высоких нано-, микро- и мезомасштабных уровнях строения биомиметических материалов.

Температурный эффект пространственного распределениярлектронной компоненты ШАЛ сцинтилляционных детекторов установки Тунка-Гранде

2024-04-05T14:54:51+07:00

В работе обсуждается технология коррекции данных установки Тунка-Гранде на температурный эффект. Для температурной коррекции функции пространственного распределения (ФПР) плотности электронов широких атмосферных ливней используются данные, полученные в результате решения двух подзадач: непрерывного мониторинга температурного профиля атмосферы в зоне расположения установки, а также применения вычислительного комплекса, созданного авторами для приведения показаний приборов зарегистрированного Тунка-Гранде ливня к выбранной в качестве стандартной невозмущенной атмосфере. Первая задача решалась с использованием данных гиперспектрального комплекса AIRS/AMSU-ATMS спутников Aqua и NOAA, а также прогностических данных региональной модели погоды WRF. Для решения второй задачи использовались результаты теории чувствительности потоков космических лучей к вариациям характеристик атмосферы, созданной в Алтайском государственном университете.

Установлены вариации температурного профиля атмосферы в районе расположения обсерватории TAIGA в зимний период. Показано, что изменения ФПР электронов, вызванные этими вариациями, могут превышать ~10 %.

Предложен метод введения поправок на температурный эффект, позволяющий привести показания сцинтилляционных детекторов Тунка-Гранде к выбранной в качестве стандартной невозмущенной атмосфере.

Получение алюмоматричных композитных материалов по технологии электроимпульсного спекания

2024-04-05T14:54:51+07:00

Развитие современной промышленности как отечественной, так и зарубежной требует разработки новых материалов с повышенными характеристиками физико-механических и эксплуатационных свойств. Это обусловлено тем, что применение имеющихся на сегодняшний день материалов для достижения требуемых характеристик практически исчерпало свой ресурс.
Проведенный анализ технологий получения металло-матричных композиционных материалов (ММКМ): ультразвуковое замешивание, плазменная инжекция порошковых частиц, методы эндо- и экзогенного армирования, инжекция струей инертного газа, механическое замешивание реакционно-активных порошков и др. — позволяет сделать вывод, что используемые методы получения ММКМ не имеют стабильных результатов, а в некоторых случаях применимы только для отдельных видов ММКМ (по типу матрицы).
В статье приведены результаты исследования возможности получения алюмоматричного композитного материала с армирующими частицами из стали 10Р6М5 по технологии электроимпульс-
ного спекания (Spark Plasma Sintering, SPS) путем одновременного воздействия на порошковую заготовку короткого мощного высоковольтного импульса электрического тока и механического давления.

Показано влияние технологических режимов на формирование структуры полученного алюмоматричного композитного материала.

Физика разрушения и фазового превращения цементита в рельсах при экстремальной эксплуатации

2024-04-05T14:54:51+07:00

На основании электронно-микроскопических исследований и рентгеноспектрального анализа проведена количественная оценка распределения атомов углерода в частицах цементита и элементах дефектной субструктуры на расстояниях до 10 мм от поверхности катания по центральной оси и оси симметрии выкружки дифференцированно закаленных длинномерных 100-метровых рельсов после пропущенного тоннажа 1411 и 1770 млн тонн брутто. Проанализированы три механизма преобразования пластин цементита. Показано, что экстремально длительная эксплуатация рельсов сопровождается существенным перераспределением атомов углерода в поверхностных слоях толщиной до 10 мм.

В исходном состоянии основное количество атомов углерода сосредоточено в частицах цементита, после экстремально длительной эксплуатации рельсов — также на дефектах кристаллической структуры (дислокации, границы зерен и субзерен), а в поверхностном слое и в кристаллической решетке на основе а-железа. Увеличение пропущенного тоннажа от 1411 до 1770 млн тонн сопровождается более заметным перемещением атомов углерода на дефекты структуры в рабочей выкружке по сравнению с поверхностью катания. При обсуждении результатов использованы представления о бифуркационных межузельных структурных состояниях в зонах поворота кристаллической структуры и механизме пластической дисторсии, а также аналогия экстремально длительной эксплуатации и мегапластической деформации.

Исследование тепловых режимов светодиодных источников света

2024-04-19T10:39:42+07:00

В работе представлены результаты исследования закономерностей и взаимного влияния электрических и тепловых параметров на фотометрические характеристики светодиодов, помещенных в конструкцию миниатюрного осветительного прибора. Описана процедура проведения экспериментов и получения измерительной информации об изменении фотометрических характеристик и спектральных характеристик излучения светодиодов в зависимости от электрических и температурных режимов. Также были проведены исследования спектрального состава осветительного прибора, в конструкцию которого входит исследуемый светодиод. Результаты наблюдений позволяют подтвердить гипотезу об отклонении характеристик светодиодов в составе осветительного прибора в зависимости от изменения режимов работы. В результате анализа полученных зависимостей установлено изменение мощности излучения и количество мощности, выделяющейся в виде тепла. Разработана методика, позволяющая подстраивать параметры (электрические и тепловые) светодиодов и определять режимы работы источника света в целом для создания энергоэффективного светодиодного источника света.

Пьезотрансформаторный датчик вязкости с расширенным диапазоном измерения

2024-04-19T13:11:27+07:00

Приведено описание принципов построения и особенностей функционирования датчика вязкости вибрационного типа с расширенным диапазоном измерения. Измерительный преобразователь (ИП) представляет собой колебательную систему с двумя степенями свободы, состоящую из взаимодействующих вибратора и пьезоэлектрического трансформатора (ПЭТ). Вибратор является чувствительным элементом (ЧЭ), а ПЭТ используется для возбуждения механических колебаний в системе и для генерации выходного электрического сигнала датчика. Представлены результаты математического описания и имитационного моделирования двух возможных режимов работы датчика. Возбуждение сильно связанных колебаний на нормальных частотах синхронизации (НЧС) в системе может быть использовано для измерения слабовязких сред. Использование режима слабой связи в системе на парциальной частоте синхронизации (ПЧС) позволяет производить измерение вязкости в более широком диапазоне. Установка на вибраторе дополнительного ПЭТ с целью использования отношения амплитуд связанных колебаний в системе в качестве выходного сигнала датчика позволит существенно снизить влияние дестабилизирующих факторов на точность измерения вязкости.

Компьютерное моделирование многослойных наночастиц на базе элементарных полупроводников

2024-04-22T13:55:02+07:00

Представлены результаты компьютерного моделирования алмазоподобных наночастиц, состоящих из кремния и германия, а также слоевых полупроводников различной нуклеарности с чередующимися слоями. Было построено 16 моделей наночастиц размером 3-3-3 элементарные ячейки и размером 5-5-5 элементарных ячеек с различным чередованием слоев кремния и германия.

Методом нелокального функционала плотности были получены равновесные параметры связей пар атомов, входящих в кристаллическую структуру исследуемых НЭМС с различным морфологическим строением. Методами молекулярной механики была изучена зависимость энергии исследуемых наночастиц от размера, состава, а также последовательности чередования слоев кремния и германия.

Показано незначительное изменение межатомного расстояния в полупроводниковых системах с алмазоподобной структурой и в НЭМС состоянии. Системы, имеющие в своем составе только атомы кремния, оказались энергетически более устойчивы, чем системы, состоящие только из атомов германия. Внедрение атомов германия в кремниевые системы понижает термодинамическую стабильность частицы, в то время как внедрение атомов кремния в германиевые наночастицы повышает их устойчивость. Появление в наночастице связей типа кремний — германий стабилизирует частицы из германия и дестабилизирует частицы из кремния.

Вклады в напряжение течения в малолегированных сплавах медь-марганец с ячеистой субструктурой

2024-04-22T14:03:04+07:00

Проведено исследование малолегированных сплавов Cu-Mn, в которых формируется ячеистая дислокационная субструктура при деформации. Оценены вклады в напряжение, которое обусловлено дислокационным ансамблем от ячеистой дислокационной субструктуры, и определены относительные роли различных механизмов в формировании сопротивления деформированию. На основе анализа электронно-микроскопических картин, полученных из тонких фольг в продеформированных малолегированных сплавах на основе Cu-Mn, оценены вклады от различных параметров дислокационной субструктуры, таких как скалярная плотность дислокаций, плотности дислокаций в стенках ячеек, границы разориентированных ячеек, оборванные субграницы, границы полосовой и фрагментированной субструктур и границы зерен. Установлено, что вклад разориентировок на границах ячеек возрастает с увеличением плотности разориентированных границ ячеек и угла разориентировки. Рост эффективности стенок ячеек как препятствия для скольжения дислокаций связан с появлением разориентировок через границы ячеек и их возрастанием с ростом деформации. Появление разориентировок усиливает эффект барьерного торможения в ячеистой дислокационной субструктуре.

Об однородных солитонах Риччи на трехмерных локально однородных (псевдо)римановых пространствах с полусимметрической связностью

2024-04-05T14:54:52+07:00

Солитоны Риччи являются естественным обобщением метрик Эйнштейна и представляют собой решение потока Риччи. В общем случае они исследовались многими математиками, что нашло отражение в обзорах Х.-Д. Цао, Р.М. Аройо — Р. Лафуэнте. Наиболее исследован данный вопрос в однородном римано-вом случае, а также в случае тривиальных солитонов Риччи, или метрик Эйнштейна. В настоящей работе исследованы однородные солитоны Риччи на трехмерных локально однородных (псевдо)римановых пространствах с нетривиальной группой изотропии и полусимметрической связностью. Получена классификация однородных солитонов Риччи на трехмерных локально однородных (псевдо)римановых пространствах с полусимметрической связностью. Доказано, что в случае групп Ли существуют нетривиальные инваринтные солитоны Риччи. Ранее Л. Цербо показал, что на унимодулярных группах Ли с левоинвариантной римановой метрикой и связностью Леви-Чивиты все инвариантные солитоны Риччи тривиальны или являются метриками Эйнштейна. В неунимодулярном случае аналогичный результат до размерности четыре включительно получен П.Н. Клепиковым и Д.Н. Оскорбиным, а в случае размерности 5 и выше вопрос остается открытым.

Численное исследование гемодинамических показателей в персонально-специфической модели сонной артерии

2024-04-22T15:45:06+07:00

Описывается метод построения геометрической модели сонной артерии и расчета гемодинамических показателей установившегося периодического кровотока в ней. Модель строится на основании данных компьютерной ангиографии обследуемого, численный расчет кровотока проводится методами вычислительной гидродинамики. Расчет гемодинамических показателей на стенке сосуда выполняется методом постпроцессинга на основании результатов численных расчетов. Актуальность задачи состоит в том, что критические значения гемодинамических показателей являются маркерами рисков проявления различных патологий, таких как атеросклероз, тромбоз сосудов. По результатам расчетов локализованы зоны превышения показателями критических значений. Расчеты проведены на тетраэдральных сетках с различной детализацией в области критических зон для нескольких периодов сердечного цикла. Исследуются вопросы сеточной независимости расчетов гемодинамических показателей и стабилизации периодических колебаний кровотока. Установлены оптимальные варианты выбора детализации сетки и количества пульсовых периодов расчета с точки зрения достижения приемлемой точности расчетов гемодинамических показателей и минимизации вычислительных затрат.

Алгоритмы обработки изображений и распознавания объектов животного мира на фотоснимках фотовидеорегистраторов методами машинного обучения

2024-04-05T14:54:52+07:00

Статья посвящена разработке алгоритмов и программного обеспечения с применением технологий компьютерного зрения, интеллектуального анализа изображений, машинного обучения и искусственного интеллекта для обработки, анализа и распознавания объектов животного мира на фотоснимках с фотоловушек, позволяющих повысить скорость обработки фотоснимков и достоверность распознавания объектов.

Программное обеспечение позволяет обрабатывать большие массивы данных с изображениями с фотоловушек от исходных фотоснимков до их каталогизации по видам объектов и направлено на повышение качества и скорости обработки фотоснимков, повышение достоверности распознавания объекта. Для этого осуществляется автоматическая классификация массива фотоснимков на не содержащие дефект и содержащие дефект (изображения с поврежденными пикселями, засвеченные и с потерей резкости).

С помощью глубокой сверточной нейронной сети формируются классы, содержащие изображения животных и не содержащие распознаваемых объектов животного мира. Проводится сортировка фотоснимков, содержащих образ человека, образ транспортного средства или изображение природной среды без животного. В процессе обработки фотоснимков и классификации изображений генерируется отчет в виде табличного файла .csv, где имена файлов с изображениями имеют метки, соответствующие изображенным на них объектам.

Параконтактные метрические структуры на пятимерных неразрешимых алгебрах Ли

2024-04-05T14:54:52+07:00

В данной работе исследован вопрос о существовании параконтактных метрических и парасасакие-вых структур на пятимерных неразрешимых алгебрах Ли. В соответствии с классификационными результатами A. Diatta существует три таких алгебры Ли. Это разложимые алгебры Ли aff(K)xsl(2,K), aff(K)xso(3) и неразложимая sl(2,K) x_p К², где р есть обычное действие sl(2,K) на К². Разложимые алгебры Ли являются прямыми произведениями точной сим-плектической алгебры Ли aff(K) и трехмерных контактных алгебр Ли. Для неразложимой алгебры Ли sl(2,K) х_р К² в работе Diatta указана процедура построения контактной структуры. Каждая алгебра Ли рассмотрена подробно. Показано, что только на aff(K) х sl(2,K) существуют парасасакиевы структуры. Найдены их выражения в явном виде, вычислены тензоры Риччи и скалярные кривизны. Для других алгебр Ли aff(K)xso(3) и sl(2,K) х_р К² показано, что существуют параконтактные метрические структуры, но все они не обладают свойством K-параконтактности. Для указанных двух последних алгебр Ли приведены примеры параконтактных метрических структур.

О некоторых вариациях задач об охране картинной галереи

2024-04-05T14:54:52+07:00

Видеокамеры являются наиболее распространенным и доступным средством охраны. То, что попадает в объектив камеры, передается на экраны мониторов в помещении охраны. Важно, чтобы количество мониторов было сведено к минимуму, при этом камеры должны размещаться таким образом, чтобы все помещение находилось под охраной. Уменьшение числа видеокамер позволяет уменьшить цену всей системы наблюдения. Оптимизации систем защиты посвящена серия задач об охране картинной галереи. В настоящее время задачи об охране картинной галереи являются достаточно хорошо изученными задачами видимости в вычислительной геометрии. Они возникли как задачи охраны некоторой художественной галереи наименьшим числом средств наблюдения, которые обозревают все ее залы. В двумерном случае план галереи представлен в виде простого многоугольника, охранник — точкой внутри него.

В данной работе рассматриваются две вариации задачи: проблема сторожевого маршрута и задача об охране картинной галереи на поверхности выпуклого многогранника. Эти задачи рассматривались в работах многих математиков. Нами приводятся описание алгоритмов решения этих задач и псевдокоды основных процедур, необходимых для реализации этих алгоритмов на языке программирования Python.

Математическое моделирование трехслойных течений в горизонтальном канале с учетом неоднородного испарения

2024-04-05T14:54:52+07:00

Изучается трехслойное течение в горизонтальном канале под действием гравитационных и термокапиллярных сил, а также тепловой нагрузки на твердых непроницаемых стенках канала. Нижний и средний слои заполнены жидкостями, над ними движется смесь газа и паров легкой жидкости. На границе раздела жидкости и газа учитывается массоперенос, линейно зависящий от продольной координаты. Также на границах «жидкость — жидкость» и «жидкость — газ» моделируется перенос тепла. В верхнем слое системы учитываются эффекты термодиффузии и диффузионной теплопроводности. Для моделирования течений в жидких слоях используется приближение Буссинеска уравнений Навье-Стокса. Для верхнего слоя они дополняются уравнением диффузии. Точные решения специального вида описывают течения в каждом из слоев системы. Взаимозависимости неизвестных параметров задачи определяются с помощью граничных условий. Изучается влияние геометрии системы на структуру течения и интенсивность массопереноса на границе раздела «жидкость — газ». Показаны профили продольной скорости и распределения температуры, а также графики массовой скорости испарения в случае различных значений высот верхнего и нижнего слоев системы.

Исследование оценки качества подготовки обучающихся методами интеллектуального анализа данных

2024-04-05T14:54:52+07:00

Статья посвящена применению методов интеллектуального анализа данных в задачах оценки качества подготовки обучающихся на основе официальных данных результатов выпускных проверочных работ по Алтайскому краю. Использованы методика дескриптивного анализа данных, методы корреляционного анализа данных, кластеризации, классификации, регрессии. В результате проведенного исследования определены лучшие алгоритмы методов интеллектуального анализа данных для решения задачи оценки качества подготовки обучающихся. Проведена оценка методами интеллектуального анализа и выявлены наиболее зависимые закономерности. Исследование выполнено машинными и графическими методами вычислительной математики, а результаты имеют теоретическое и прикладное значение. Разработанная программа может служить основой формирования плана исследования в задачах оценки качества подготовки обучающихся на основе анализа результатов выпускных проверочных работ, а также для обоснования рекомендаций на основе количественных оценок, полученных в результате проведенного анализа.

О границах множеств и границах выпуклых множеств

2024-04-05T14:54:52+07:00

В статье изучаются условия совпадения границ множества, его замыкания и его внутренности. Выявлена связь между совпадением границ множества с границей его замыкания (внутренности) и совпадением границ дополнения этого множества с границей его внутренности (замыкания). Получена формула для границы границы множества в произвольном топологическом пространстве.

Главные результаты.

1. Граница границы множества есть объединение границ его внутренности и замыкания.

2. Для того чтобы граница множества совпадала с границей его внутренности или с границей его замыкания, необходимо (но недостаточно), чтобы внутренность границы этого множества была пуста.

3. Граница выпуклого тела в n-мерном аффинном пространстве Aⁿ совпадает с границей его замыкания и границей его внутренности. Таким же свойством обладает и дополнение выпуклого множества. Приводится пример звездного множества, не обладающего указанным свойством.

Методы доказательства — топологические, а также используются факты теории выпуклых множеств.

Автоматическая классификация генетических мутаций на основе методов машинного обучения

2024-04-05T14:54:52+07:00

В данной статье описывается проблема определения вида генетической мутации раковой опухоли после секвенирования ее генома. Проблематика решения относится к задачам многоклассовой классификации. В работе предложен подход определения классов мутаций на основе их текстового описания с помощью методов машинного обучения, относящихся к группе обучения с учителем. Исследование проводилось на примере набора данных по онкологическим заболеваниям на основе анализа мутаций генома в клетках опухоли. Набор данных включает вид гена, его мутацию, текстовое описание генной мутации и класс мутации. Число классов равно девяти. В соответствии со спецификой исходных данных проведено обоснование выбора методов предобработки и векторизации текста, которые необходимо применить перед использованием методов машинного обучения. Построены классификаторы текстовых данных на основе моделей: k-ближайших соседей, деревьев решений, байесовского классификатора, логистической регрессии. По результатам моделирования получены оценки метрик качества классификации. Показано, что для исходных данных наилучшей моделью классификации является логистическая регрессия, показавшая меньшее значение функции потерь.

Решение задачи о колебаниях подводного тела в замороженном канале с линейно изменяющейся толщиной льда

2024-04-05T14:54:52+07:00

Рассматривается задача о гидроупругих волнах, создаваемых подводным телом, которое совершает вертикальные поступательные колебания в прямоугольном замороженном канале конечной глубины и конечной ширины. Лед моделируется как тонкая вязкоупругая пластина, толщина ее линейно изменяется поперек канала. Края пластины приморожены к стенкам канала. Прогиб ледового покрова описывается в рамках линейной теории упругости. Рассматривается случай симметричного относительно центральной линии канала изменения толщины ледового покрова. Жидкость под пластиной невязкая и несжимаемая. Течение жидкости, вызванное прогибом пластины, является потенциальным. Осциллирующее подводное тело моделируется трехмерным диполем, который при колебаниях в неограниченной жидкости генерирует поток и давление, соответствующие жесткой сфере. Радиус сферы связан со скоростью диполя и его интенсивностью. Скорость диполя изменяется периодически, вследствие чего изменяется его интенсивность, при этом форма тела остается неизменной. Потенциал скорости диполя, помещенного в прямоугольный канал с жесткими стенками, определяется методом зеркальных отображений.

Локализация решений уравнений динамики опухоли

2024-04-05T14:54:52+07:00

В данной статье рассматривается математическая модель динамики опухоли. Ткань рассматривается как многофазная среда, состоящая из трех компонентов: внеклеточного матрикса, опухолевых клеток, внеклеточной жидкости. Внеклеточный матрикс, как правило, деформируется. В случае преобладания взаимодействия внеклеточная жидкость — опухолевая клетка исходная система уравнений сводится к одному параболическому вырождающемуся на решении уравнению с правой частью специального вида. Установлено свойство конечной скорости распространения возмущений для насыщенности опухолевых клеток. Во введении описана проблематика задачи. В первом пункте приведен вывод математической модели динамики опухоли как трехфазной среды. Во втором пункте описана математическая модель в случае пренебрежения механическим взаимодействием с внеклеточной жидкостью. В третьей части рассмотрен случай преобладания взаимодействия жидкость — клетка. В четвертой части приведено доказательство теоремы о локализации решения уравнения для насыщенности клеток опухоли.