Диссертации

Описание диссертации

Цели диссертационной работы.

1. Создать научные основы автоматизированного проектирования КМ с заранее заданными физико-механическими характеристиками при учете частичной определённости свойств отдельных компонентов, а также создать теоретические основы разработки САПР КМ, включая методы разработки программных средств для анализа характеристик КМ различных типов при учете неполноты входных данных.
2. Создать прототип САПР КМ.
3. Показать работоспособность созданного математического и программного обеспечения.

Объект исследования: процесс автоматизированного проектирования КМ с заранее заданными характеристиками.

Предмет исследования: 1) современные технологии автоматизированного проектирования КМ; 2) вычислительные методы анализа характеристик КМ и эффективные технологии реализации этих методов; 3) технологии разработки наукоёмких распределённых программных комплексов.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Разработана методология автоматизированного проектирования КМ с заранее заданными характеристиками, особенностью которой является применение проектных процедур автоматизированного формирования плана вычисления характеристик проектируемого КМ на основе его заранее определённой многомасштабной многокомпонентной гетерогенной структуры.
2. Создана математическая модель многомасштабной многокомпонентной гетерогенной структуры, особенность которой заключается в возможности её применения для описания неоднородных материалов различной природы с неопределёнными характеристиками, в частности КМ.
3. Разработан вычислительный метод реверсивной многомасштабной гомогенизации для анализа характеристик КМ и их отдельных компонентов, особенность которого состоит в возможности его применения для анализа характеристик КМ в условиях частичной определённости характеристик компонентов.
4. Созданы теоретические основы программной реализации сложных вычислительных методов на базе понятий теории категорий и теории графов (графоориентированный подход), научная новизна которых заключается в реализации системного подхода к описанию алгоритмов решения широкого класса задач, возникающих в процессе АП КМ и при разработке вычислительных подсистем САПР КМ.
5. Предложена методика создания интерпретируемых динамически обновляемых графовых моделей, описывающих логику работы пользователей с разными ролями в САПР КМ. Особенность заключается в возможности её применения для единообразного описания маршрутов проектирования, включающих процедуры, выполняемые как автоматически, так и автоматизированно (с участием лица принимающего решение) в зависимости от постановки задачи.
6. Предложена и разработана архитектура САПР КМ, особенность которой заключается в возможности её применения для создания мультидисциплинарных интегрированных САПР.

По результатам выполненных исследований опубликовано 60 научных работ, в том числе: 23 статей в отечественных рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК РФ; 12 статей в научных изданиях, индексируемых в международных базах данных; 23 тезиса трудов конференций; 1 патент на изобретение РФ, 3 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ в Роспатенте.

Описание диссертации

В 2009 году Селиверстов Е.Ю. с отличием окончил МГТУ им. Н. Э. Баумана по специальности «Системы автоматизированного проектирования» и поступил в очную аспирантуру кафедры РК6. В 2023 году представлены окончательные результаты диссертационного исследования. В диссертации решена актуальная задача по структурно-параметрическому согласованию параллельных алгоритмов метаэвристической оптимизации с архитектурой графических процессорных устройств. Предложенное математическое и программное обеспечение позволяет существенно повысить точность и эффективность решения задачи оптимизации, определить оптимальные значения свободных параметров алгоритмов оптимизации и автоматически синтезировать их параллельные реализации для данной вычислительной системы с ГПУ.

В диссертации разработаны:

• графовое представление параллельного метаэвристического алгоритма глобальной оптимизации и графовая модель графического процессорного устройства;
• методы и алгоритмы структурно-параметрического согласования параллельного метаэвристического алгоритма оптимизации с архитектурой графического процессорного устройства, основанные на адаптации свободных параметров базового алгоритма оптимизации и поиске оптимального отображения параллельного алгоритма на архитектуру ГПУ;
• программная система глобальной оптимизации, реализующая математическое обеспечение и осуществляющая решение базовой задачи;
• компилятор для расширения C++ и алгоритм автоматического синтеза программы оптимизации на основе этого языка и графовых моделей алгоритмов

Основные результаты диссертационного исследования представлены на 8 конференциях и опубликованы в 16 научных работах, из них 2 работы – в изданиях, индексируемых в Scopus и Web of Science, и 3 работы – в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Разработанные методы и алгоритмы использованы при решении задач химической кинетики, исследуемых Лабораторией математической химии Института нефтехимии и катализа РАН.

Описание диссертации

В 2016 году Агасиев Т.А. с отличием окончил МГТУ им. Н. Э. Баумана по специальности «Системы автоматизированного проектирования» и поступил в очную аспирантуру кафедры РК6. В 2020 году была освоена программа подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре и представлены результаты диссертационного исследования. В диссертации решена одна из актуальных задач, связанных с интеллектуализацией систем САПР для параметрической оптимизации проектных решений. Разработка и внедрение вспомогательных программных инструментов для анализа особенностей решаемых задач оптимизации и прогнозирования эффективных настроек алгоритмов оптимизации позволяет существенно повысить эффективность проектной процедуры параметрической оптимизации инженерных изделий.

В диссертации разработаны:

• элементы научных основ создания подсистем САПР для автоматизации настройки алгоритмов оптимизации проектных решений;
• методика настройки алгоритмов параметрической оптимизации проектных решений в процессе их нормальной эксплуатации;
• метод оценки особенностей решаемых задач параметрической оптимизации, позволяющий вычислить значимые характеристики ландшафта целевой функции задачи оптимизации;
• метод прогнозирования эффективных настроек алгоритма оптимизации с учетом особенностей решаемой задачи параметрической оптимизации и доступного объёма вычислительных ресурсов.

Основные результаты диссертационного исследования представлены на 8 конференциях и опубликованы в 14 научных работах, из них 4 работы – в изданиях, индексируемых в Scopus и Web of Science, и 4 работы – в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Разработанные методы и алгоритмы использованы в коммерческом проекте по параметрической оптимизации геометрии элементов фюзеляжа на этапе концептуального проектирования семейства пассажирских самолетов Airbus.

Описание диссертации

В 2016 г. Щетинин Виталий Николаевич окончил МГТУ им Н. Э. Баумана по специальности «Системы автоматизированного проектирования» (кафедра РК-6) и поступил в очную аспирантуру кафедры РК6. В 2020 году была освоена программа подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре и представлена диссертация к защите.

Работа посвящена разработке комплексного подхода для моделирования упругих характеристик композиционных материалов (КМ) с учетом упругости межфазного слоя. В большинстве подходов к расчетам характеристик КМ не учитывают явления на поверхности контакта фаз и используют условия идеального контакта. Несмотря на это, из экспериментальных исследований известно, что в результате технологического процесса изготовления КМ между фазами появляется тонкий слой со свойствами, отличными от свойств фаз. По мере того, как характерная длина гетерогенной структуры уменьшается (как, например, в нано-композитах), влияние поверхности и энергии границы раздела на общий отклик материала становится значительным, из-за большого отношения площади контакта к объему материала. А значит моделирование без учета явлений на границе раздела фаз может приводить к существенной погрешности расчетов. Для решения задач инженерного анализа композиционных конструкций применяются методы гомогенизации, в частности метод асимптотического осреднения. Прямое использование методов гомогенизации для КМ с межфазным слоем сопряжено с существенными вычислительными затратами. На данный момент широко распространены подходы к моделированию тонкого упругого слоя между упругими телами с помощью условий неидеального контакта. При этом для межфазных слоев с жесткостью, не превосходящей жесткость фаз, возможно использование модели мягкого неидеального контакта. Актуальной является задача, посвященная разработке математической модели, вычислительного метода и программного комплекса для расчета упругих свойств КМ с учетом условий мягкого неидеального контакта между фазами для произвольного случая пространственного армирования.

В диссертации получены следующие новые научные результаты:

1. На базе метода асимптотического осреднения разработана математическая модель эффективных упругих характеристик КМ пространственной схемы армирования с учетом условий мягкого неидеального контакта.
2. Разработан конечно-элементный метод решения линейно-упругих задач на 1/8 ячейке периодичности с учетом условий мягкого неидеального контакта.
3. Разработан программный комплекс для решения задачи гомогенизации упругих характеристик КМ с учетом условий мягкого неидеального контакта.

Основные результаты диссертации отражены в 9 научных работах, в 3 статьях в журналах, входящих в Перечень российских рецензируемых научных изданий, и в 3 научных публикациях и изданиях, индексируемых Web of Science и Scopus.

Разработанный в диссертационной работе метод вносит вклад в семейство численных методов гомогенизации, построенных на базе метода асимптотического осреднения. Метод позволяет более точно прогнозировать упругие свойства КМ с высоким отношением площади поверхности контакта фаз к объему.

Описание диссертации

В диссертации решена задача повышения эффективности решения задач глобальной параметрической оптимизации (ГПО) на слабосвязанных вычислительных системах (ССВС). Для решения поставленной задачи:

• предложены методика и методы, позволяющие повысить эффективность решения задач ГПО на ССВС:
  • методика проектирования программ для решения задачи ГПО на ССВС;
  • метод организации взаимодействия программ, выполняемых на узлах ССВС;
  • метод статической балансировки загрузки узлов ССВС;
  • метод решения задач ГПО, ориентированный на архитектуру ССВС.
• разработан программный комплекс, реализующий указанные методику и методы и позволяющий повысить эффективность решения задач ГПО на ССВС за счет предварительного исследования характеристик целевых функций и балансировки загрузки.

Использование предложенной методики, методов и их программных реализаций позволило: 

• определить оптимальный график вакцинации больных, который дает возможность удерживать число инфицированных в пределах заданных ограничений, минимизируя количество используемой вакцины;
• определить оптимальные законы изменения температуры для управления люминесценцией полиариленфталидов.

Основные результаты и положения диссертационной работы представлены и прошли апробацию на 12 конференциях. По материалам диссертации опубликовано 23 научные работы, из них 6 работ – в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 6 работ – в сборниках, индексируемых в Scopus и Web of Science.

Описание диссертации

Диссертация посвящена анализу пространственно-временной динамики ламинарно-турбулентного перехода и оценке нелинейной устойчивости ламинарного состояния в применении к задачам управления.

Описание диссертации

В диссертации решена задача структурно-параметрического синтеза городской распределительной электросети мегаполиса. Для решения поставленной задачи:

• разработана математическая модель электросети мегаполиса, особенностями которой является учет перспектив развития города;
• разработаны новые методы решения задачи перспективного развития электросети мегаполиса, основанные на декомпозиции и редукции, особенностями которых являются схема разбиения задачи на три подзадачи, а также способы координации этих подзадач;
• разработаны, реализованы и исследованы численные методы и алгоритмы решения задачи перспективного развития электросети мегаполиса в рамках оригинального интерактивного программного комплекса ELNET.

Эффективность разработанной модели, методов и алгоритмов доказана расчетом в разработанном автором программном комплексе ELNET электросети, по размерности соизмеримой и районом электросети мегаполиса (Рисунок 1).

Рис. 1. Иллюстрация результатов расчетов фрагмента схемы электросети в интерактивном программном комплексе ELNET

Основные результаты диссертации представлены на 6 конференциях. По материалам диссертации опубликовано 11 научных статей, из них 8 – в журналах, входящих в Перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий (ВАК).

Описание диссертации

Волкоморов Семен Владимирович в 2009 году окончил МГТУ им Н.Э. Баумана по специальности «Системы автоматизированного проектирования (САПР)» и том же году поступил а аспирантуру МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Научную работу по теме диссертационного исследования Волкоморов С.В. начал с четвертого курса университета, о чем свидетельствуют его публикации а трудах студенческих конференций, и продолжил во время обучения в аспирантуре.

За период обучения в аспирантуре соискатель проявил высокую активность, целеустремленность, умение работать с большими объемами информации. Соискателю свойственны высокая самостоятельность, инициативность и работоспособность.

В процессе работы над диссертаций выполнен анализ более 100 источников, в том числе, значительное число на английском языке. Основные результаты диссертации представлены в 12 публикациях, в том числе, в девяти статьях, в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Апробация результатов работы произведена на 6 российских и международных конференциях.

За время работы над диссертацией Волкоморов С.В. показал высокий уровень практических и теоретических знаний, способность оценить результаты и проблемы в области автоматизированного проектирования геометрии многосекционных роботов-манипуляторов типа хобот, построенных на основе механизмов параллельной структуры.

В процессе работы над диссертацией Волкоморов С.В. сотрудничал с ИМАШ РАН по теме НИР «Биомеханика систем «человек-машина-среда» (подтверждено актом о внедрении результатов диссертации), а также с Астрокосмическим центром ФИАН им. П.Н. Лебедева РАН по теме «Космическая обсерватория Миллиметрон (проект “Спектр-М”)», которая предполагает создание 10-метрового космического телескопа, предназначенного для исследования различных объектов Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах на длинах волн от 0,02 до 17 мм.

Описание диссертации

Данг Суан Хиеп в 2009 году с отличием окончил Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана (кафедра ЭИУК5) по специальности «Системы автоматизированного проектирования (САПР)» и том же году поступил в аспирантуру кафедры САПР МГТУ им. Н.Э. Баумана. В настоящее время Данг Суан Хиеп работает в Государственном Техническом Университете им Ле Куй Дон (Вьетнам) на кафедре «Машиностроение». В научном плане работа Данг Суан Хиепа в указанном университете связана с математическим моделированием, автоматизированным проектированием, робототехникой, теорией машин и механизмов.

За период обучения в аспирантуре соискатель проявил высокую активность, целеустремленность, умение работать с большими объемами информации. Соискателю свойственны высокая самостоятельность, инициативность и работоспособность.

Основные результаты диссертации представлены в 7 публикациях, в том числе, в четырех статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Апробация результатов работы произведена на четырех российских и международных конференциях, включая The World Congress on Engineering (London, 2014). 

За время работы над диссертацией Данг Суан Хиеп показал высокий уровень практических и теоретических знаний, способность оценить результаты и проблемы в области математического моделирования сложных механизмов параллельной структуры. 

В процессе работы над диссертацией Данг Суан Хиеп сотрудничал с ИМАШ РАН по теме НИР «Биомеханика систем «человек-машина-среда» (подтверждено актом о внедрении результатов диссертации).

Диссертация Данг Суан Хиепа посвящена:

• разработке математических моделей додекапода, предназначенных для его кинематического анализа и построения рабочего пространства,
• разработке математических моделей додекапода, ориентированных на его динамический анализ,
• синтезу алгоритмов движения додекапода в прямолинейных, криволинейных и пересекающихся цилиндрических трубах.

Описание диссертации

Шварц (Мухлисуллина) Динара Тагировна, в 2007 году и в 2009 году, соответственно, с отличием закончила бакалавриат и магистратуру МГТУ им. Н.Э. Баумана по специальности «Системы автоматизированного проектирования». Сразу после окончания магистратуры поступила в очную аспирантуру МГТУ им. Н.Э. Баумана.

За время обучения в аспирантуре Динара Тагировна выиграла грант международной программы Erasmus Mundus Action 2 на прохождение шестимесячной стажировки в Университете Тренто (Италия, г. Тренто). Стажировку в Университете Тренто проходила под руководством профессоров экспертов в области многокритериальной оптимизации. Результаты, полученные за время стажировки, вошли в диссертацию. В процессе учебы в аспирантуре и работы на кафедре принимала активное участие в НИР, ведущейся на кафедре, в том числе по тематике ее научной работы.

За время подготовки диссертации разработала интерактивный метод многокритериальной оптимизации PREF и предложила модификации существующего интерактивного метода BC-EMO. Выполнила большое число вычислительных экспериментов по исследованию эффективности разработанного метода и модификаций на тестовых и прикладных задачах многокритериальной оптимизации.

Динарой Тагировной были разработаны математические модели механической подсистемы двигателя внутреннего сгорания и щелевого фильтра для очистки жидкости. Работа по решению прикладных задач многокритериальной оптимизации проводилась в сотрудничестве с д.т.н., профессором кафедры инструментальной техники и технологии МГТУ им. Н.Э. Баумана Н.Н. Зубковым, д.т.н., профессором кафедры технологий обработки металлов давлением МГТУ им. Н.Э. Баумана Е.Н. Складчиковым, а также к.т.н. генеральным директором ООО «Ладуга» В.А.Овчинниковым.

Результаты диссертационной работы используются ООО «Ладуга» и в учебных дисциплинах кафедры САПР МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Описание диссертации

Беломойцев Дмитрий Евгеньевич в 2005 году окончил МГТУ им Н.Э. Баумана по специальности «Системы автоматизированного проектирования (САПР)» и том же году поступил в аспирантуру МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Научную работу по теме диссертационного исследования Беломойцев Д.Е. начал с четвертого курса обучения в университете, о чем свидетельствуют его публикации а трудах студенческих конференций, и продолжил во время обучения в аспирантуре.

За время обучения в аспирантуре Беломойцев Д.Е. участвовал во всероссийском конкурсе инновационных проектов аспирантов и студентов «Информационно-телекоммуникационные системы», где занял 3е место в финале. В процессе учебы в аспирантуре и работы на кафедре принимал активное участие в НИР.

В процессе работы над диссертаций выполнен анализ различных источников, в том числе, на английском языке.

В процессе работы над диссертацией Беломойцев Д.Е. сотрудничал с ООО "Центр исследований экстремальных ситуаций", ООО Фирма "Инфокрипт", ООО Амикон, НПО Эшелон, ЗАО НПО ФОМОС (подтверждено актами о внедрении результатов диссертации).

В ходе подготовки диссертационной работы Беломойцев Д.Е. работал на кафедре САПР МГТУ им. Н.Э. Баумана в должности ассистента, а в настоящее время продолжает работать там же в должности доцента.

Описание диссертации

Цели диссертационной работы.

1. Разработка математической модели пространственно-армированных упругих МКМ.
2. Разработка конечно-элементного метода расчета эффективных упругих характеристик МКМ.
3. Разработка программного комплекса, для определения характеристик МКМ.

Научная новизна работы заключалась в следующем.

1. В адаптации и обобщении метода асимптотического осреднения на случай многоуровневых КМ на основе модели многоуровневых иерархических структур (МИС) с целью проведения конечно-элементного расчета эффективных характеристик КМ.
2. В разработке конечно-элементного метода решения задач контактной теории упругости на ячейках периодичности различного структурного уровня.
3. В разработке универсального автоматизированного ПК для проведения расчетов по определению упругих эффективных характеристик МКМ.
4. В проведении численных экспериментов по определению эффективных характеристик КМ и сравнении получаемых результатов с теоретическими и экспериментальными данными.

В диссертации получены следующие новые научные результаты.

• Разработана математическая модель пространственно-армированных упругих КМ с периодической многоуровневой иерархической структурой армирования.
• Предложен универсальный независящий от геометрии конечно-элементный метод расчета эффективных характеристик МКМ.
• Разработан программный комплекс, который позволяет решать локальные задачи теории упругости на ячейке периодичности, вычислять эффективные характеристики и тензоры концентраций напряжений в автоматизированном режиме.
• Проведено численное сравнение получаемых результатов: 1) с экспериментом; 2) с теоретическими оценками; 3) с аналитическими решениями, для простейших случаев структур КМ.
• Результаты проведенных сравнений с экспериментальными данными и теоретическими оценками показали высокую точность разработанного численного метода. Предлагаемый метод может быть рекомендован для прогнозирования свойств проектируемых КМ, а также для решения задачи синтеза материала с заданными свойствами.

Основные положения работы были представлены на 9 конференциях. По материалам диссертации опубликовано 12 работ: 2 работы в журналах, рекомендованных ВАК, 1 работа в журнале не из перечня ВАК, 9 тезисов докладов конференций.

Описание диссертации

Погребинский А.В. с отличием окончил МГТУ им. Н.Э. Баумана в 1997 г. по специальности "Системы автоматизированного проектирования" и в том же году поступил в аспирантуру МГТУ им. Н.Э. Баумана.

В ходе подготовки диссертационной работы Погребинский А.В. работал на кафедре САПР МГТУ им. Н.Э. Баумана в должности ассистента.

Основные тезисы и результаты диссертации представлены в 7 публикациях, в том числе в 5 статьях в журналах "Компьютерная хроника", "САПР и графика", а также в тезисах докладов 6-й всероссийской научно-технической конференции и всероссийской научно-технической конференции к 170 летию МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Результаты диссертационной работы использованы в работах по модификации графического ядра САПР "ADEM" ("Омега Технолоджиз Лтд.").