#математическая модель

Ученые ТюмГУ и Тюменского филиала Института теоретической и прикладной механики имени С. Христиановича СО РАН разработали многофакторную модель прогнозирования накопления жидкости в промысловых газопроводах с высокой способностью к обобщению и прогнозу. Модель может стать полезным средством для анализа и локализации процесса накопления жидкости, обеспечивая более упрощенное и всестороннее прогнозирование по сравнению с аналогами.

Более половины нефтяных запасов в России состоит из высоковязкой нефти, которую трудно добыть. Проблему решают применением специальных нагревателей, которые повышают температуру нефти, делая ее более текучей. Но в таких случаях важно понимать, как именно и до какой температуры можно производить нагрев, чтобы это не привело к лишним затратам, перегреву насосного оборудования и авариям. Ученые Пермского Политеха исследовали процесс тепломассопереноса в нефтяной скважине с использованием источника тепла разной длины и мощности в призабойной части. Результаты позволят в 14 раз снизить вязкость нефти, обеспечить бесперебойную работу оборудования и увеличить уровень добычи нефти.

Гидравлическая система — важный элемент в современных строительных и сельскохозяйственных машинах, таких как экскаваторы, краны, бульдозеры, комбайны. Именно она приводит их в движение с помощью жидкости под давлением. Но ее надежность может снизиться из-за застоя и загрязнения масла: с этим связано около 80% отказов оборудования и преждевременного износа компонентов. Ученые Пермского Политеха предложили новый подход к повышению надежности гидросистем и предотвращению ее застоя. Их метод позволит выявлять потенциально опасные места в гидросистеме еще на этапе проектирования.

Ученые из МФТИ и НИИ системных исследований РАН разработали и успешно протестировали новый гибридный вычислительный метод для моделирования распространения сейсмических волн в геологических структурах со сложной, произвольно искривленной формой. Объединив сильные стороны двух различных подходов, исследователи создали инструмент, который позволяет с высокой точностью и эффективностью проводить виртуальную сейсморазведку, открывая новые возможности для поиска полезных ископаемых и фундаментального изучения строения нашей планеты.

В авиастроении и космонавтике для изготовления деталей конструкции используют индукционную плавку металла. С ее помощью делают лопатки и диски турбин, компрессоры, корпусы двигателей, элементы крепежа. При таком способе материал нагревается и перемешивается под действием магнитного поля. Однако при этом на поверхности могут образовываться тонкие пленки из загрязняющих веществ. Они становятся причиной дефектов изделий, которые могут достигать до 10% объема готовой продукции. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая описывает процессы индукционной плавки металла, и с ее помощью определили режимы плавки, при которых эта пленка не оседает на форме. Результаты найдут применение в современных металлургических технологиях.

Международная группа исследователей разработала методику, которая самостоятельно настраивает математическую модель магнитного взаимодействия. Новый алгоритм позволит более реалистично моделировать и проектировать материалы с требуемыми свойствами и предсказывать их свойства перед экспериментальной проверкой.

Течения в глубоководных частях Мирового океана исследовать чрезвычайно сложно. Со спутников их не видно, для численного моделирования не хватает данных, автономные дрейфующие буи, как правило, не достают до больших глубин. В этом случае необходимы замеры непосредственно на месте с научно-исследовательских судов. Исследователи МФТИ впервые представили такие данные в ранее неизученной части канала Вима, который играет большую роль в переносе холодной антарктической воды в Атлантику.

Ученые из РТУ МИРЭА представили инновационный подход к анализу информации, который позволяет находить скрытые связи и закономерности в больших массивах данных. Метод, названный «информационным онтологическим моделированием», сочетает в себе технологии информационного поиска и логического анализа, что делает его уникальным инструментом для извлечения знаний. Разработку можно будет применить в разных сферах: от медицины и экологии до финансов и искусственного интеллекта.

Чтобы сохранить свою целостность при порезах, ссадинах и воспалительных процессах, клетки эпителиальной ткани умеют менять форму и перестраиваться относительно друг друга — это играет важную роль в заживлении ран. Но тот же механизм задействован в развитии рака, когда клетки начинают бесконтрольно делиться. Согласно статистике ВОЗ, в 2022 году во всем мире было зарегистрировано 20 миллионов новых случаев рака, а к 2050 году эта цифра вырастет на 77% и достигнет 35 миллионов. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая позволяет подробно рассмотреть, как именно клетки эпителия перестраиваются под воздействием механических нагрузок.

Предложена математическую модель, которая помогает оптимально распределить ресурсы между предприятиями промышленных кластеров. Модель учитывает финансовый, технологический и интеллектуальный капиталы участников, что позволяет повысить эффективность их взаимодействия и стимулировать инновации. Полученные результаты могут стать ценным инструментом для органов государственной власти и бизнес-сообществ.

Исследователи из МФТИ впервые систематически изучили, как изменяется и стабилизируется процесс обучения нейронных сетей по мере добавления новых данных. Их работа, сочетающая теоретический анализ и обширные эксперименты, показывает, что так называемый «ландшафт функции потерь» нейросети сходится к определенной форме при увеличении размера выборки, что имеет важные последствия для понимания глубинного обучения и разработки методов определения необходимого объема данных.

Исследователи из НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде показали, как с помощью нейросети воссоздавать динамику нейрона мозга, имея всего один ряд измерений, например запись его электрической активности. Разработанная нейросеть научилась восстанавливать полную динамику системы и предсказывать ее поведение при изменении условий. Такой метод может помочь изучать сложные биологические процессы, даже если нет возможности провести все необходимые измерения.

По данным ВОЗ, примерно треть смертей от рака связаны с воздействием негативных факторов среды и образом жизни людей. Загрязнение окружающей среды токсичными веществами, тяжелыми металлами и прочими химическими соединениями значительно повышает риск возникновения раковых опухолей. Ученые Пермского Политеха предложили методологический подход для качественного прогноза влияния химических факторов среды на процессы развития новообразований. Разработанная математическая модель детально описывает возникновения и изменения раковых клеток с учетом сложного взаимодействия иммунной, эндокринной и кровеносной систем человека.

Ученые РТУ МИРЭА создали математическую модель, на основе которой открывается возможность создания регулируемых оптических устройств с заданными свойствами, в том числе нового типа датчика для мониторинга состояния окружающей среды. В основе устройства предполагается использовать пористые фотонные кристаллы, которые способны улавливать изменение состава воздуха.

Орбитальные спутники помогают исследовать другие планеты, проводить научные эксперименты, отслеживать изменения климата и природные катаклизмы, а также обеспечивать Землю связью. Для управления их ориентацией и положением в космическом пространстве применяют ионный двигатель. Он создает реактивную тягу, позволяющую аппарату подниматься в небо, а ключевую роль в этом процессе играют электроды — тонкие круглые перфорированные пластины. При выводе объекта на околоземную орбиту они могут соударяться из-за воздействующей вибрации, что в дальнейшем ведет к их разрушению и влияет на работу двигателя. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель и с ее помощью проанализировали, как повреждаемость материала влияет на прочность и величину амплитуды колебаний электродов. Это поможет доработать отечественную конструкцию двигателя на этапе проектирования и не допустить разрушений.

По данным ТАСС за 2023 год металлопотребление в России выросло на 7,4 процента и составило около 35 миллионов тонн. Металлы и сплавы используют во всех сферах машиностроения, в производстве медицинского и нефтегазового оборудования, военной техники, строительной и транспортной индустрии. Чтобы придать нужную форму деталям, повысить их прочность, пластичность и другие характеристики, применяют обработку металлов давлением. Однако нужно задать корректные условия процесса, иначе есть риск снизить качество заготовки. Для этого прогнозируют свойства материала с помощью компьютерного моделирования. Ученые Пермского Политеха разработали модель, которая описывает внутреннюю структуру изделий с применением нового вычислительного подхода. Он ускорит проведение расчетов. В дальнейшем такая модель может быть полезна при решении различных технологических задач изготовления — штамповки, прокатки, волочения, гибки.

Неправильно подобранные параметры работы нефтяной скважины могут снизить ее продуктивность до 15 процентов. Для гидродинамической связи пласта со скважиной проводят перфорационные работы — создают каналы, обеспечивающие движение флюидов во время эксплуатации. Управлять процессом можно с помощью разницы давлений. Ученые Пермского Политеха разработали модель околоскважинной зоны, включающей эксплуатационную колонну, цементный камень и участок породы-коллектора с перфорационными отверстиями. Это позволило определить наиболее оптимальные параметры работы для высокой эффективности добычи углеводородов.

Авиационный газотурбинный двигатель выполняет две основные функции в полете: создает тягу, которая обеспечивает движение самолета в воздухе, и снабжает его необходимой мощностью для работы самолетных систем. Для безопасности полетов и предотвращения аварийных ситуаций необходима непрерывная оценка состояния двигателя при разных режимах эксплуатации. Чтобы точно отслеживать изменения, можно применить адаптивные технологии на основе сложных математических моделей. Но они требуют больших вычислительных ресурсов, и их не реализовать на существующих цифровых агрегатах. Ученые Пермского Политеха разработали адаптивную бортовую модель на основе искусственного интеллекта. Она позволяет повысить скорость и точность оценки состояния авиационного газотурбинного двигателя во время полетов.

Международная команда специалистов во главе с сотрудниками Центра математического моделирования в разработке лекарств Первого МГМУ имени И. М. Сеченова выявила наиболее перспективные направления для исследований в области лечения аутоиммунных заболеваний. Команда первой провела систематический обзор для поиска всех опубликованных в научных работах математических моделей аутоиммунных патологий и выявила недостаток моделей, которые могут значительно ускорить разработку новых лекарств.

Термомеханическая обработка — важный этап изготовления изделий из металлов и сплавов во многих отраслях промышленности. Она помогает придать им нужную форму, а также значительно улучшить механические свойства (прочность, пластичность), коррозионную стойкость и ряд других характеристик. Основным процессом при такой обработке считается рекристаллизация — перестроение зеренной структуры материала, приводящее к существенному изменению его свойств. Для детального описания этого процесса разработана модель, включающая целый набор параметров. Ученые Пермского Политеха предложили способ их определения, обеспечивающий наиболее точное соответствие между расчетом и экспериментом.