ivdon3@bk.ru
В данной статье предлагается физико-информированная нейронная сеть, содержащая натуральный градиентный спуск, для решения краевой задачи уравнения Пуассона. Методы машинного обучения, использующийся в решении дифференциальных уравнений в частных производных, являются альтернативой по отношению методу конечных элементов. Традиционные численные методы решения дифференциальных уравнений не способны с эквивалентной эффективность решать произвольные задачи математической физики, в отличии от методов машинного обучения. За точность решения начальных и краевых задач уравнений в частных производных отвечает функция потерь нейронной сети. Чем эффективнее проходит минимизация функции потерь, тем более точное решение получается в итоге. Самым традиционным алгоритмом оптимизации является адаптивная оценка моментов, которая по сей день используется в глубоком обучении. Однако данный подход не гарантирует достижения глобального минимума функции потерь. В следствии чего, мы предлагаем использовать натуральный градиентный спуск с распределением Дирихле, который позволил повысить точность решения уравнения Пуассона.
Ключевые слова: натуральный градиентный спуск, уравнение Пуассона, матрица Фишера, метод конечных элементов, нейронные сети
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Статья представляет анализ явления, при котором в городах формируются области с повышенной температурой, и рассматривает методы борьбы с этим явлением. В статье исследуются причины возникновения городских островов тепла, включая плотную застройку и использование материалов, задерживающих тепло. Предлагаются решения, такие как увеличение зелёных насаждений, использование устойчивых материалов и правильная планировка городской среды. Статья подчеркивает важность создания комфортных зон для жителей и устойчивого развития города в условиях изменения климата.
Ключевые слова: остров тепла, температура поверхности, горячие районы, тепловой баланс, город, пригород, планирование
Статья посвящена исследованию фланцевых соединений двутавровой балки с колонной с целью анализа их нелинейного поведения. В процессе исследования была создана упрощенная аналитическая модель с использованием метода переменных параметров упругости для определения напряженно-деформированного состояния данных соединений. Предложенная механическая модель позволяет прогнозировать прочность, жесткость, пластичность соединений, а также возможные типы разрушения и механизмы деформации изгибаемых элементов фланцевых соединений. Эта модель может быть полезной для инженеров и специалистов в области проектирования и анализа металлоконструкций. Предложенная уточненная компонентная модель является аналогом модели Еврокод 3. В работе представлен численный эксперимент по моделированию узла соединения балки с колонной методом конечных элементов. Представлен сравнительный анализ полученных результатов с результатами испытаний фланцевых соединений стальных строительных конструкций, выполненных Сиднейским Университетом (USYD).
Ключевые слова: фланцевые соединения, фланцевая пластина, напряженно-деформированное состояние, метод переменных параметров упругости, компонентный метод, уточненная компонентная модель, метод конечных элементов, упруго-пластическое состояние, пластический шарнир
2.1.1 - Строительные конструкции, здания и сооружения , 2.1.9 - Строительная механика
Оборонительные сооружения средневековья являлись (и являются) уникальными как в историческом и архитектурном, так и в инженерном плане объектами. В них переплелись эпохи многих народов и этносов. На их развитие повлияло большое количество факторов. Их детальный анализ и является целью настоящей работы.
Ключевые слова: оборонительные сооружения, архитектура, крепость, строительство, архитектурный облик, этапы развития, Казанский юрт
Принципы размещения территориально-имущественного комплекса тесно связаны со спецификой производственной деятельности предприятия, в связи с чем часто повторяются в рамках одной отрасли. В данной работе проведен анализ размещения территориально-имущественного комплекса крупнейших горнодобывающих компаний мира, осуществляющих добычу и переработку калийной руды. Сделан вывод о формировании общих принципов размещения территориально-имущественного комплекса добывающих KCl компаний, которые были учтены в частности при проектировании и строительстве горнообогатительного комбината в Волгоградской области ООО «ЕвроХим-ВолгаКалий».
Ключевые слова: имущественный комплекс, территория, размещение производства, горнодобывающее производство, калий
В данной работе решается задача повышения эффективности образовательной деятельности за счет прогнозирования успеваемости обучающихся на основе внешних и внутренних факторов. Для решения данной задачи построена модель прогнозирования успеваемости обучающихся с использованием языка программирования Python. Исходные данные для построения модели дерева решений взяты с платформы UCI Machine Learning Repository и предварительно обработаны с помощью аналитической платформы Deductor Studio Academic. Приведены результаты работы модели и проведено исследование для оценки эффективности прогнозирования успеваемости обучающихся.
Ключевые слова: прогнозирование, дерево решений, успеваемость обучающихся, влияние факторов, оценка эффективности
2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации , 5.8.7 - Методология и технология профессионального образования
Рассмотрено влияние щелочи NaOH на структуру и морфологию целлюлозы. Методами рентгеноспектрального микроанализа и электронной микроскопии установлено, что обработка древесной целлюлозы водными растворами NaOH позволяет понизить содержание лигнина в целлюлозе и значительно улучшить топографию волокон. Проведен сравнительный анализ образцов алкалицеллюлозы, полученных при обработке щелочью NaOH с концентрациями 13,7 % и 12,3 % при продолжительности процесса 5,5 часов, температуре 124 °С. Установлено, что при рассмотренных концентрациях NaOH, из исходной целлюлозы удаляется, соответственно, ~75 % и ~50 % лигнина. Результаты инфракрасной спектроскопии свидетельствуют о возрастании аморфизации алкалицеллюлозы. Лучшей морфологической однородностью и меньшим содержанием лигнина обладает алкалицеллюлоза, сформированная при концентрации NaOH 13,7 %.
Ключевые слова: древесная целлюлоза, химическая обработка, щелочность, лигнин, рентгеноспектральный анализ, электронная микроскопия
1.4.7 - Высокомолекулярные соединения , 2.1.5 - Строительные материалы и изделия
В статье синтезируется несколько подходов к развитию социальной среды кварталов и кластеров с учетом научных разработок при оценке потенциала террито-рийпоплотностизастройки, этажности и насыщенности мощностямишкол, дошкольных уч-реждений и производственными площадями. Изложены варианты реализации стратегии на основе многопродуктовых моделей расчета мощностей и научно-производственного потенциала развития территорий.
Ключевые слова: кластер, квартал, регион, потенциал, стратегическое планирование, мощность производств, многопродуктовые модели, плотность застройки, карта-схема, оптимизация
2.1.7 - Технология и организация строительства , 2.3.4 - Управление в организационных системах
Исследовано влияние вторичного щебня на прочность и усадку бетона. Показано, что при замещении гранитного крупного заполнителя на дробленый бетон прочность на сжатие бетона снижается в среднем на 20 %, а прочность на изгиб – на 3-10%. Бетоны на вторичном щебне имеют большую усадку, но при минимальных исследованных дозировках рециклингового заполнителя их усадка незначительно отличается от усадки бетона на гранитном щебне.
Ключевые слова: отходы сноса, бетонный лом, рециклинг, вторичный заполнитель, прочность на сжатие, прочность на изгиб, усадка
Дороги имеют огромное влияние на жизнь современного человека. Одной из ключевых характеристик дорожного полотна является его качество. Для оценки качества дорожного покрытия существует множество систем. Такие технологии работают лучше с изображениями высокого разрешения (ИВР), поскольку на них проще выделять какие-либо признаки. Для улучшения разрешения фотографий существует достаточное количество способов, среди которых числятся и нейронные сети. Однако каждая нейросеть обладает определенными характеристиками. Например, для некоторых нейронных сетей достаточно проблематично работать с фотографиями большого исходного размера. Чтобы понять, насколько эффективна конкретная нейронная сеть, необходим сравнительный анализ. В данном исследовании за основной показатель эффективности берется среднее время получения ИВР. В качестве нейронных сетей выбраны EDSR, ESPCN, ESRGAN, FSRCNN и LapSRN, каждая из которых увеличивает ширину и высоту изображения в 4 раза (количество пикселей возрастает в 16 раз). Исходным материалом являются 5 фотографий 5 различных размеров (141x141, 200x200, 245x245, 283x283, 316x316) форматов png, jpg и bmp. Наилучшие показатели эффективности согласно предложенной методологии, демонстрирует ESPCN, нейросеть FSRCNN также обладает хорошими результатами. Поэтому они являются более предпочтительными для решения задачи по улучшению разрешения изображений.
Ключевые слова: сравнение, зависимость, эффективность, нейронная сеть, нейросеть, улучшение разрешения, изображение, фотография, формат, размер, дорожная поверхность
2.1.8 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
В статье приведены результаты влияния замены части цемента вулканическим пеплом на прочность цементного камня в строительных растворах. Пуццолановые добавки обладают гидравлическими свойствами. Вулканические пеплы месторождений Кабардино-Балкарии можно применять в строительных растворах и бетонных смесях в качестве активной минеральной добавки.
Ключевые слова: вулканический пепел, активная минеральная добавка природного происхождения, строительные растворы с активными минеральными добавками, цементный камень, прочность на изгиб и сжатие
Оценка качества дорожного покрытия является одной из самых популярных задач во всем мире. Для ее решения существует множество систем, в основном, взаимодействующие с изображениями дорожного полотна. Они работают на основе как традиционных методов (без использования машинного обучения), так и на алгоритмах машинного обучения. Для увеличения эффективности таких систем существует достаточное количество способов, среди которых улучшение качества изображений. Однако каждый из подходов имеет определенные характеристики. Например, некоторые из них быстрее выдают улучшенную версию исходной фотографии. В качестве анализируемых способов по улучшению качества изображений выбраны: шумоподавление, выравнивание гистограммы, повышение резкости и сглаживание. Основным показателем эффективности в данном исследовании является среднее время получения улучшенного изображения. Исходный материал - 10 различных фотографий дорожной поверхности 5 размеров (447x447, 632x632, 775x775, 894x894, 1000x1000) форматов png, jpg, bmp. Наилучший показатель эффективности согласно предложенной в исследовании методологии, продемонстрировал подход «Выравнивание гистограммы», сопоставимый результат имеет способ «Повышение резкости».
Ключевые слова: сравнение, анализ, зависимость, эффективность, подход, улучшение качества, изображение, фотография, формат, размер, дорожная поверхность
2.1.8 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей , 2.3.1 - Системный анализ, управление и обработка информации
Надежная и безопасная эксплуатация нефтегазопроводов в условиях Крайнего Севера и Сибири является актуальной задачей, стоящей перед Российской Федерацией. Она имеет важнейшее экономическое и стратегическое значение. Климатические и геологические условия данных регионов предполагают высокую степень риска, связанных во многом как с сезонными колебаниями температур, так и c технологиями прокачки нефти, приводящими к промерзанию или протаиванию грунта, появлению талых надмерзлотных вод. Целью нашего исследования был анализ влияния экстремальных природных и эксплуатационных условий на проектно-пространственное положение трубопроводов в процессе эксплуатации участка трассы от центрального пункта сбора до площадки «Нефтеперекачивающая станция Уренгойская». Выяснили, что исследуемый участок нефтепровода имеет предрасположенность к отказам из-за неблагоприятных условий: талые воды, пучинистые грунты, заболоченность территории. Технологические расчеты позволили сделать вывод, что на данном этапе трасса нефтепровода удовлетворяет всем условиям прочности и устойчивости, т.е. надежность трубопровода обеспечена.
Ключевые слова: углеводороды, трубопровод, талые воды, подземная укладка, прочностной раcчет, расчет на устойчивость, вечномерзлые грунты, пространственное положение
2.1.7 - Технология и организация строительства , 2.8.5 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ
Целью данного исследования является математическое моделирование южной части Сибирского кратона методом конечных элементов. Задачей исследования является проведение математического моделирования напряженно-деформированного состояния вязко-упруго-пластичной среды Якутско-Вилюйского крупной изверженной провинции на основании краевой задачи. Гипотеза исследования: возможность использование результатов численного исследования для определения зон дислокаций полезных ископаемых. В южной части кратона, на территории республики Саха-Якутия, находятся богатейшие месторождения нефти и газа, крупнейшим из которых является Усть-Вилюйское месторождение, находящееся в южной части кратона. Метод исследования: численный эксперимент, осуществлённый методом математического моделирования. Достигнутые результаты: проведены исследования методом конечных элементов, определена возможность использования численными методами, проведен анализ напряженно-деформированного состояния плиты, определены места аномалий дислокаций горных пород кратона для выявления потенциальных нефтегазоносных месторождений.
Ключевые слова: кратон, математическое моделирование, напряженно-деформированное состояние, геофизика, геотектоника, растяжение, изверженная провинция, модели материалов, модель Hardening Soil, метод конечных элементов, дислокация полезных ископаемых
1.2.2 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 1.6.9 - Геофизика
В данной статье представлены разработанные составы сухих растворных смесей для приготовления мелкозернистых бетонов. Для приготовления указанных смесей была применена технология электромагнитного воздействия на сухие компоненты растворов. В результате использования магнитного поля для активизации и повышения реакционной способности смеси значительно улучшились физико-механические характеристики мелкозернистых бетонов. Увеличение предела прочности образцов на сжатие достигало более 70 % по сравнению с прочностью образцов, приготовленных по обычной технологии без применения магнитной обработки сухих компонентов смеси.
Ключевые слова: сухая смесь, магнитная обработка, линейно-индукционный вращатель, мелкозернистый бетон, прочность