Наукова періодика України
Not a member yet
11185 research outputs found
Sort by
Прогнозування місій робототехнічних платформ з використанням Kernel Activation Network з асиметричним ядром
No full textThis study considers those processes predicting the functional efficiency of robotic platforms that affect the optimization of their mission planning. Given the growing demand for autonomous mobile systems, a critical task is to ensure high efficiency of their dynamics under different loads, terrains, and speeds, which requires reliable tools for decision-making even before physical launch.
To solve the task, a method based on a customized Kernel Activation Network (KAN) was devised and programmatically implemented to predict the functional efficiency of the platform. The results demonstrate a significant increase in accuracy: KAN achieves an MSE of 0.00055727 on synthetic data and 0.00041720 on the experimental sample, while other architectures demonstrate 0.00105989 and higher.
The key innovation of KAN is the use of an asymmetric chi-square kernel in parallel with the Gaussian kernel, as well as the integration of input estimates that take into account the triple interaction of factors. This explains the network's ability to effectively capture complex nonlinear dependences between numerous platform parameters (rolling resistance, aerodynamic drag, climbing force, etc.) and environmental conditions. The use of an asymmetric kernel significantly simplifies the network architecture, allowing for high accuracy at lower computational complexity.
In practice, the results serve as an additional tool for optimizing mission planning of robotic platforms. This makes it possible to optimize equipment selection, construct strategic logistics routes, and increase the safety and reliability of autonomous systems under actual conditions. The achieved Technology Readiness Level is 4Об'єктом дослідження є процеси прогнозування функціональної ефективності робототехнічних платформ, що впливають на оптимізацію планування їхніх місій. В умовах зростаючого попиту на автономні мобільні системи критичною проблемою є забезпечення високої ефективності їхньої динаміки за різних навантажень, рельєфів та швидкостей, що вимагає надійних інструментів для ухвалення рішень ще до фізичного запуску.
Для вирішення проблеми розроблено та програмно реалізовано метод на основі кастомізованої Kernel Activation Network (KAN), що прогнозує функціональну ефективність платформи. Результати демонструють значне підвищення точності: KAN досягає MSE 0.00055727 на синтетичних даних та 0.00041720 на експериментальній вибірці, тоді як інші архітектури демонструють 0.00105989 і вище.
Ключова інновація KAN – використання несиметричного хі-квадрат ядра паралельно з Гаусовим ядром, а також інтеграція вхідних оцінок, що враховують потрійну взаємодію факторів. Це пояснює здатність мережі ефективно фіксувати складні нелінійні залежності між численними параметрами платформи (опір кочення, аеродинамічний опір, сила скелелазіння тощо) та умовами середовища. Застосування несиметричного ядра значно спрощує архітектуру мережі, дозволяючи досягти високої точності при меншій обчислювальній складності.
На практиці отримані результати слугують додатковим інструментом для оптимізації планування місій робототехнічних платформ. Це дозволяє оптимізувати вибір обладнання, розробляти стратегічні логістичні маршрути, підвищувати безпеку та надійність автономних систем у реальних умовах. Досягнутий Technology Readiness Level становить
Розробка магнітного ротатора для посилення реакції виділення водню в електролізері води з протонообмінною мембраною
No full textIn this study, a large-scale magnetic rotator for hydrogen production boosting was designed. The study addresses the challenge of selecting and designing mechanical components for a dynamic magnetic field (DMF) magnetic rotator in a green hydrogen electrolysis power plant, focusing on ensuring component reliability and efficiency under operational stresses. The aim is to determine suitable machine element materials (shaft, clutch, gears, etc.), allowable shear stress, and interconnection mechanisms through theoretical and practical evaluations. The method includes calculating the allowable shear stress for the spline based on carbon steel tensile strength, applying safety factors for material properties and load considerations, and determining shaft diameter using torque and shock load factors. Standard catalogs guide the selection of interconnections like clutches, gears, and bearings to ensure compatibility and performance. The results indicate that a 95 mm diameter S30C carbon steel shaft, with an allowable shear stress of 7.8 kg/mm2, meets the design requirements. The chosen spline dimensions and a 12.5 MW, 14-pole induction motor align with the system’s needs, ensuring reliable operation. The discussion highlights the critical balance between theoretical predictions and practical application in design optimization. It underscores the importance of incorporating safety factors and verifying component suitability to ensure robust performance of the magnetic rotator. This study provides a comprehensive approach to design optimization, integrating theoretical analysis with practical considerations to achieve optimal performance and reliability. The design output of this study can be used to boost the hydrogen evolution reaction in the SIEMENS Sylizer 300 electrolysis cell.У даному дослідженні було розроблено великомасштабний магнітний ротатор для прискорення виробництва водню. У роботі розглядається задача вибору та проектування механічних компонентів для магнітного ротатора з динамічним магнітним полем (DMF) на електростанції електролізу зеленого водню, приділяючи особливу увагу забезпеченню надійності та ефективності компонентів в умовах експлуатаційних навантажень. Мета полягає у визначенні відповідних матеріалів елементів установки (вал, зчеплення, шестерні тощо), допустимого напруження при зсуві та механізмів з’єднання за допомогою теоретичних і практичних оцінок. Метод включає в себе розрахунок допустимого напруження при зсуві для шліца на основі міцності на розрив вуглецевої сталі, застосування коефіцієнтів запасу міцності з урахуванням властивостей матеріалу та навантажень, а також визначення діаметра валу з використанням коефіцієнтів крутного моменту та ударного навантаження. Стандартні каталоги містять рекомендації щодо вибору з’єднувальних елементів, таких як зчеплення, шестерні і підшипники для забезпечення сумісності та продуктивності. Результати показують, що вал із вуглецевої сталі S30C діаметром 95 мм із допустимим напруженням при зсуві 7,8 кг/мм2 відповідає проектним вимогам. Вибрані розміри шліца та 14-полюсний асинхронний двигун потужністю 12,5 МВт відповідають вимогам системи, забезпечуючи надійну роботу. У ході обговорення наголошується на важливості балансу між теоретичними прогнозами та практичним застосуванням при оптимізації конструкції. Це підкреслює важливість врахування коефіцієнтів запасу міцності та перевірки придатності компонентів для забезпечення надійної роботи магнітного ротатора. У дослідженні представлений комплексний підхід до оптимізації конструкції, що поєднує теоретичний аналіз із практичними міркуваннями для досягнення оптимальної продуктивності та надійності. Результати проектування, отримані у дослідженні, можуть бути використані для посилення реакції виділення водню в електролізері SIEMENS Sylizer 300
Визначення впливу QoS на інтеграцію 4G LTE та 5G FWA з використанням перерозподілу диапазону 2300–2400 МГц для високошвидкісного інтернету, альтернативного традиційному волокну
No full textAlthough 5G technology has been in development for a considerable time, significant challenges regarding its effective implementation still need to be addressed. A key issue lies in using frequency and ensuring coexistence with previous technologies that continue to serve existing users because users in many countries' late adoption of new technologies does not always progress smoothly. This research paper aims to evaluate 5G Fixed Wireless Access (FWA) utilizing the 2300 to 2400 MHz spectrum that is usually used in 4G LTE previous technology, positioned as a viable alternative to traditional fiber optic networks, and its impact on technology valuation in spectrum usage to solve high-speed alternative traditional fiber in rural and urban areas. The study focuses on Quality of Service (QoS) related to user experience with a standard wireless access service parameter while analyzing payload growth and revenue generation improvements compared to LTE technologies. Through rigorous trials, our results demonstrate that 5G FWA not only preserves the QoS experienced but significantly enhances it as a feasibility analysis of network productivity by combining 4G and 5G technology in one service area. The implementation trial of 5G FWA resulted in notable increases of 50 % in more than 20 Mbps data throughput, contributing to 27 % substantial growth in payload and revenue in an area using only 4G LTE before 5G FWA was implemented. By providing detailed performance metrics, the trials highlighted the potential for 5G FWA to deliver broadband services more efficiently and cost-effectively, particularly in regions where geographical or economic factors constrain the expansion of fiber optics.Незважаючи на те, що технологія 5G розробляється протягом тривалого часу, значні проблеми щодо її ефективного впровадження все ще потребують вирішення. Ключова проблема полягає у використанні частоти та забезпеченні співіснування з попередніми технологіями, які продовжують обслуговувати існуючих користувачів, оскільки пізнє впровадження нових технологій у багатьох країнах не завжди відбувається гладко. Ця дослідницька стаття спрямована на оцінку 5G фіксованого бездротового доступу (FWA) з використанням спектру від 2300 до 2400 МГц, який зазвичай використовується в попередній технології 4G LTE, позиціонується як життєздатна альтернатива традиційним волоконно-оптичним мережам, і його вплив на оцінку технології у використанні спектру. для вирішення високошвидкісного альтернативного традиційного волокна в сільській та міській місцевості. Дослідження зосереджено на якості обслуговування (QoS), пов’язаному з користувальницьким досвідом роботи зі стандартним параметром послуги бездротового доступу, одночасно аналізуючи зростання корисного навантаження та підвищення прибутку порівняно з технологіями LTE. Завдяки ретельним випробуванням наші результати демонструють, що 5G FWA не тільки зберігає QoS, але й значно покращує його як аналіз здійсненності продуктивності мережі шляхом поєднання технологій 4G і 5G в одній зоні обслуговування. Випробування впровадження 5G FWA призвело до значного збільшення на 50 % пропускної здатності даних понад 20 Мбіт/с, що сприяло значному зростанню корисного навантаження та доходу на 27 % у регіоні, де використовувалася лише 4G LTE до впровадження 5G FWA. Надаючи детальні показники продуктивності, випробування підкреслили потенціал 5G FWA для більш ефективного та економічного надання широкосмугових послуг, особливо в регіонах, де географічні чи економічні фактори стримують розширення волоконної оптик
Методичний підхід з оцінки стану ієрархічних систем з використанням метаевристичного алгоритму
No full textThe object of the study is hierarchical systems. The subject of the study is the process of assessing the state of hierarchical systems using the advanced antlion algorithm (ALA), an advanced genetic algorithm and evolving artificial neural networks. The problem solved in the study is to increase the efficiency of assessing the state of hierarchical systems, regardless of the system hierarchy level. The originality of the study is that:
– the initial setting of ALA is carried out taking into account the type of uncertainty using appropriate correction factors for the degree of awareness of anthill location (priority search directions);
– the initial velocity of each ALA is taken into account, which allows determining the priority of search by each ALA in the specified search direction;
– the fitness of ALA hunting locations is determined, which reduces the time for assessing the state of the hierarchical system;
– the use of the procedure of global restart of the algorithm, which allows the algorithm to go beyond the current optimum and improve the exploration ability of the algorithm, which reduces the time for assessing the state of hierarchical systems;
– the possibility of clarifying the choice of an anthill at the hunting stage due to ranking anthills by the level of ant pheromone;
– improved ability to select the best ALA in comparison with random selection using an advanced genetic algorithm, which improves the reliability of assessing the state of complex hierarchical systems.
The proposed methodical approach provides a 22–25 % increase in the efficiency of assessing the state of hierarchical systems by using additional advanced procedures. The proposed methodical approach should be used to solve the problems of assessing the state of complex hierarchical systems under uncertainty and risks characterized by a high degree of complexity.Об’єктом дослідження є ієрархічні системи. Предметом дослідження є процес оцінки стану ієрархічних систем за допомогою удосконаленого алгоритму мурашиних левів (АМЛ), удосконаленого генетичного алгоритму та штучних нейронних мереж, що еволюціонують. Проблема, яка вирішується в дослідженні, є підвищення оперативності оцінки стану ієрархічних систем, незалежно від рівня ієрархічності системи. Оригінальність дослідження полягає в тому, що:
– початкове положення АМЛ здійснюється з урахуванням типу невизначеності за рахунок використання відповідних корегувальних коефіцієнтів на ступінь інформованості про розміщення мурашників (пріоритетні напрямки пошуку);
– враховується початкова швидкість кожного АМЛ, що дозволяє визначити пріоритетність пошуку кожним АМЛ у визначеному напрямку пошуку;
– визначається придатність місць полювання АМЛ, чим зменшується час оцінювання стану ієрархічної системи;
– використання процедури глобального перезапуску алгоритму, чим досягається здатність алгоритму виходити за межі поточного оптимуму та покращити дослідницьку здатність алгоритму, чим досягається скорочення часу на оцінку стану ієрархічних систем;
– можливістю уточнення на етапі полювання вибору мурашника за рахунок ранжування мурашників по рівню феромону мурах;
– покращеною можливістю відбору кращих АМЛ у порівняння з випадковим відбором за рахунок використання удосконаленого генетичного алгоритму, що дозволяє покращити достовірність оцінки стану складних ієрархічних систем.
Запропонований методичний підхід забезпечує підвищення ефективності оперативності оцінки стану ієрархічних систем на рівні 22−25 % за рахунок використання додаткових удосконалених процедур. Запропонований методичний підхід доцільно використовувати для вирішення завдань оцінки стану складних ієрархічних систем в умовах невизначеності та ризиків, що характеризуються високим ступенем складност
Підвищення стійкої ефективності за допомогою «зеленого» будівництва на основі місцевого досвіду з використанням стратегії реалізації в якості опосередкованої змінної
No full textThis research examines the integration of local wisdom-based green construction practices and their influence on sustainable performance through implementation strategies in the Indonesian construction industry. It focuses on ten construction projects in Bali. The main problem faced is the lack of understanding of the effectiveness of local wisdom-based green construction practices in improving sustainable performance in developing countries. Using the Partial Least Squares Structural Equation Modeling (PLS-SEM) method, data was collected from 200 engineers involved in green construction projects. Results show that local wisdom-based green construction practices significantly influence sustainable performance, both directly (path coefficient 0.290) and indirectly through the mediation of implementation strategies (indirect effect 0.575). The research model shows high explanatory power with R-squared values of 0.802 for Implementation Strategy and 0.831 for Sustainable Performance. These findings indicate that integrating local wisdom in green construction practices when mediated by an effective implementation strategy, can significantly improve the sustainable performance of construction projects. Sustainable waste management was identified as the dominant indicator (loading factor 0.936) of local wisdom-based green construction. In contrast, alignment with government policies and regulations (loading factor 0.925) became critical in the implementation strategy. The results of this study can be applied by project developers, construction managers, and policymakers in designing more effective implementation strategies for integrating local wisdom into green construction practices, considering customizations based on variations in cultural and geographical contextsУ дослідженні розглядається впровадження методів «зеленого» будівництва на основі місцевого досвіду та їх вплив на стійку ефективність за допомогою стратегій реалізації в будівельній галузі Індонезії. Основна увага приділяється десяти будівельним проектам на Балі. Головна проблема полягає в недостатньому розумінні ефективності методів «зеленого» будівництва на основі місцевого досвіду для підвищення стійкої ефективності в країнах, що розвиваються. З використанням моделювання структурними рівняннями методом найменших квадратів у частинних похідних (PLS-SEM) були зібрані дані від 200 інженерів, що беруть участь у проектах «зеленого» будівництва. Результати показують, що методи «зеленого» будівництва на основі місцевого досвіду мають суттєвий вплив на стійку ефективність як безпосередньо (коефіцієнт шляху 0,290), так і опосередковано, за допомогою стратегій реалізації (непрямий ефект 0,575). Дослідницька модель демонструє високу пояснювальну силу: значення R-квадрату становлять 0,802 для стратегії реалізації та 0,831 для стійкої ефективності. Дані результати свідчать про те, що впровадження місцевого досвіду в методи «зеленого» будівництва за посередництва ефективної стратегії реалізації може значно підвищити стійку ефективність будівельних проектів. В якості основного показника (коефіцієнт навантаження 0,936) «зеленого» будівництва на основі місцевого досвіду було визначено стале поводження з відходами. На противагу, у стратегії реалізації вирішальним фактором стала відповідність державній політиці та регулюванню (коефіцієнт навантаження 0,925). Результати дослідження можуть бути використані розробниками проектів, керівниками будівництва та політиками при розробці більш ефективних стратегій реалізації для впровадження місцевого досвіду в методи «зеленого» будівництва з урахуванням індивідуальних особливостей, заснованих на відмінностях у культурному та географічному контекста
Ідентифікація математичної моделі електродвигуна на основі вибірки зі штучною побудовою ознак
No full textThe object of this study is a mathematical model of a synchronous electric motor, obtained on the basis of experimental data, which takes into account the temperature mode and uses artificial features to increase the accuracy of its operation. A characteristic feature of this work is that the model takes into account the temperature mode as a component of the technical-operational state of the object. The resulting mathematical model could make it possible to synthesize an optimal automatic control system in terms of the operational state of the object.
The problem addressed was to increase the accuracy of the identified mathematical models by applying the approach of feature engineering.
The results showed that the identification of mathematical models by the initial data leads to a low level of accuracy of the obtained models, namely 65–70 % for the first output channel, 80–85 % for the second, and 75–80 % for the third, fourth, and fifth output channels.
Accordingly, building models with a higher threshold of accuracy requires the use of other, more significant data for identification. This paper reports a method for reformatting the original data into artificial features and provides results of their effectiveness in relation to the original channels.
The resulting artificial features and the original features were used for further identification; the resulting mathematical model has on average higher accuracy thresholds, namely 82 %, 93 %, 88 %, 85 % for the corresponding output channels. The results prove the effectiveness of applying the principle of feature engineering since the accuracy of the resulting model is 5–10 % higher compared to the baseline.
The scope of practical application of the results includes the synthesis of automatic control systems based on mathematical models of control objects obtained as a result of identification.Об’єктом даного дослідження є математична модель синхронного електродвигуна, отримана на основі експериментальних даних, яка враховує температурний режим та використовує штучні ознаки для підвищення точності її роботи. Характерною рисою даної роботи є врахування в моделі температурного режиму як складової техніко-експлуатаційного стану об’єкту. Отримана математична модель дозволить, у подальшому, синтезувати оптимальну систему автоматичного керування з точки зору експлуатаційного стану об’єкта.
Проблема, що вирішувалася, полягає у підвищенні точності ідентифікованих математичних моделей, шляхом застосування підходу штучного конструювання ознак.
Отримані результати показали, що ідентифікація математичних моделей початковими даними призводить до низького рівня точності отриманих моделей, а саме 65–70 % по першому вихідному каналу, 80–85% по другому і 75–80 % по третьому, четвертому і п'ятому вихідних каналах.
Відповідно, отримання моделей з більш високим порогом точності вимагає використання інших, більш значущих даних для ідентифікації. У статті представлено метод переформатування початкових даних у штучні ознаки та наведено кореляційну матрицю для визначення їх ефективності по відношенню до вихідних каналів.
Отримані в результаті штучні ознаки та вихідні оригінальні ознаки, використані при подальшій ідентифікації, отримана в результаті математична модель має у середньому вищі порогові значення точності, а саме 82 %, 93 %, 88 %, 85 %, 85 % на відповідні вихідні канали. Отримані результати доводять ефективність застосування принципу штучної побудови ознак, оскільки точність результуючої моделі на 5–10 % вища в порівнянні з базовою.
Сфера практичного використання отриманих результатів охоплює синтез систем автоматичного керування на базі математичних моделей об’єктів керування отриманих в результаті ідентифікаці
Видалення хмарності на оптичних космічних знімках за допомогою моделі генеративних змагальних мереж з використанням SAR-знімків
No full textThe object of this study is the process of removing cloudiness on optical space images. Solving the cloudiness removal task is an important stage in processing data from the Earth remote probing (ERP) aimed at reconstructing the information hidden by these atmospheric disturbances. The analyzed shortcomings in the fusion of purely optical data led to the conclusion that the best solution to the cloudiness removal problem is a combination of optical and radar data. Compared to conventional methods of image processing, neural networks could provide more efficient and better performance indicators due to the ability to adapt to different conditions and types of images. As a result, a generative adversarial network (GAN) model with cyclic-sequential 7-ResNeXt block architecture was constructed for cloud removal in optical space imagery using synthetic aperture radar (SAR) imagery. The model built generates fewer artifacts when transforming the image compared to other models that process multi-temporal images.
The experimental results on the SEN12MS-CR data set demonstrate the ability of the constructed model to remove dense clouds from simultaneous Sentinel-2 space images. This is confirmed by the pixel reconstruction of all multispectral channels with an average RMSE value of 2.4 %. To increase the informativeness of the neural network during model training, a SAR image with a C-band signal is used, which has a longer wavelength and thereby provides medium-resolution data about the geometric structure of the Earth's surface. Applying this model could make it possible to improve the situational awareness at all levels of control over the Armed Forces (AF) of Ukraine through the use of current space observations of the Earth from various ERP systemsОб’єктом даного дослідження є процес видалення хмарності на оптичних космічних знімках. Розв'язання завдання видалення хмарності є важливим етапом обробки даних дистанційного зондування Землі (ДЗЗ), спрямованим на реконструкцію інформації, прихованої цими атмосферними збуреннями. Проаналізовані недоліки злиття суто оптичних даних призвели до висновку, що найкращим вирішенням проблеми видалення хмарності є поєднання оптичних та радіолокаційних даних. Порівняно з традиційними методами обробки зображень більш ефективно і кращі показники виконання завдання забезпечать нейронні мережі за рахунок можливості адаптуватися до різних умов та типів зображень. В результаті була розроблена модель генеративно-змагальної мережі (GAN) з архітектурою циклічно-послідовного 7-ResNeXt блочного для видалення хмар на оптичних космічних знімках з використанням зображення радара з синтезованою апертурою (SAR). Розроблена модель створює менше артефактів при перетворенні знімку в порівнянні з іншими моделі, що обробляють мультичасові знімки.
Отримані результати експерименту на наборі даних SEN12MS-CR демонструють здатність розробленої моделі видаляти густі хмари з одночасових космічних знімків Sentinel-2. Це підтверджується реконструкцією пікселів всіх багатоспектральних каналів з середнім значенням RMSE 2.4%. Для підвищення інформативності нейронної мережі під час навчання моделі використовується SAR-знімок з сигналом C-діапазону, який має більшу довжину хвиль і тим самим надає дані середньої розрізненності про геометричну структуру земної поверхні. Використання даної моделі дасть можливість підвищити ситуаційну обізнаність всіх рівнів управління Збройних Сил (ЗС) України за рахунок використання актуальних космічних спостережень Землі від різних систем ДЗ
Розробка дитячих сирків із овечого молока з ягодами: поліпшення харчових та функціональних властивостей
No full textThe development of functional products for children based on sheep's milk with the addition of berries is a pressing issue in the field of baby food. The object of this study is baby curds based on sheep's milk with the addition of berries. The task that this study solves is to improve the nutritional and organoleptic characteristics of baby products made from sheep's milk since pure sheep's milk without additives has a specific smell and taste, which reduces its attractiveness to children. The results of the study showed that the addition of berries (chokeberry, raspberry, strawberry) significantly improves the taste and aromatic properties of curds. Children preferred curds with berries since they had a creamy-berry aroma, while curds without additives retained the characteristic smell and taste of sheep's milk. It was also found that the addition of berries increased the antioxidant activity of the product due to enrichment with vitamins (especially vitamin C) and dietary fiber. By adding berries to the curds, it was possible to increase the nutritional value, improve the taste characteristics and increase the digestibility of the product. These results solve the problem of low consumer appeal of sheep milk-based products.
The results could be used in the production of functional dairy products for children, especially for creating products with increased antioxidant potential and improved organoleptic characteristics. Such curds can be in demand under conditions of mass production for children, as they improve the nutritional value and increase consumer appeal due to taste improvements.Розробка функціональних продуктів для дітей на основі овечого молока з додаванням ягід є актуальним завданням у сфері дитячого харчування. Об’єктом дослідження є дитячі сирки на основі овечого молока з додаванням ягід. Проблема, яку вирішує це дослідження, полягає в покращенні харчових та органолептичних характеристик дитячих продуктів із овечого молока, оскільки чисте овече молоко без добавок має специфічний запах і присмак, що знижує його привабливість для дітей.
Результати дослідження показали, що додавання ягід (аронія, малина, полуниця) суттєво покращує смакові та ароматичні властивості сирків. Діти надавали перевагу сиркам із ягодами, оскільки вони мали вершково-ягідний аромат, тоді як у сирках без добавок залишався характерний запах і присмак овечого молока. Також встановлено, що додавання ягід підвищило антиоксидантну активність продукту за рахунок збагачення вітамінами (особливо вітаміном С) та харчовими волокнами.
Завдяки введенню ягід до складу сирків вдалося досягти підвищення харчової цінності, покращення смакових характеристик та збільшення засвоюваності продукту. Ці результати вирішують проблему низької споживчої привабливості продуктів на основі овечого молока.
Отримані результати можуть бути використані у виробництві функціональних молочних продуктів для дітей, особливо для створення продуктів із підвищеним антиоксидантним потенціалом і покращеними органолептичними характеристиками. Такі сирки можуть бути затребувані в умовах масового виробництва для дітей, оскільки покращують харчову цінність і підвищують споживчу привабливість завдяки смаковим поліпшенням.
Розробка нейромережевих обчислювальних методів для розв’язання обернених задач пружності
No full textThis paper examines the use of neural network methods to solve inverse problems in the mechanics of elastic materials.
The aim is to design physics-informed neural networks that can predict the parameters of structural components, and the physical properties of materials based on a specified displacement distribution.
A key feature of the specified neural networks is the integration of differential equations and boundary conditions into the loss function calculation. This approach ensures that the error in approximating unknown functions has a direct impact on optimizing the network's weights. As a result, the resulting neural network approximations of unknown functions comply with the differential equations and boundary conditions.
To test the capabilities of the designed neural networks, inverse problems involving the bending of plates and beams have been solved, focusing on determining one or two unknown parameters. Comparison of predicted and exact values demonstrates high accuracy of the constructed neural network models, with a relative prediction error of less than 3 % across all cases.
Unlike analytical methods for solving inverse problems, the primary advantage of physics-informed neural networks is their flexibility when addressing both linear and nonlinear problems. For instance, the same network architecture can be employed to solve various boundary-value problems without modification. Compared to classical numerical methods, the parallelization capability of neural networks is inherently supported by modern software libraries.
Therefore, the application of physics-informed neural networks for solving inverse elasticity problems of plates and beams is effective, as evidenced by the achieved relative errors and the computational robustness of the method. In practice, the proposed solution can be used for relevant calculations during the design of structural elements. The developed software code can also be integrated into automated design systems or computer algebra systemsОб’єктом дослідження є нейромережеві методи розв’язання обернених задач механіки пружних тіл.
Метою є розробка нейронних мереж з фізичною інформацією для прогнозування параметрів елементів конструкцій та фізичних характеристик матеріалів на основі заданого розподілу переміщень.
Особливістю розроблених нейромереж є використання диференціальних рівнянь та крайових умов при обчисленні функцій втрат. Отже, похибка наближення невідомих функцій безпосередньо впливає на процес оптимізації вагових коефіцієнтів нейронних мереж. В результаті, отримані апроксимації невідомих функцій у вигляді нейромереж задовольяють диференціальним рівнянням та крайовим умовам.
Для тестування можливостей розроблених нейронних мереж розв’язано обернені задачі згину пластин та балок із визначенням одного або двох невідомих параметрів. Порівняння спрогнозованих та точних значень свідчить про високу якість побудованих нейромережевих моделей, оскільки відносна помилка прогнозу становить менше 3 % для всіх задач.
На відміну від аналітичних методів розв’язання обернених задач, основною перевагою нейромереж з фізичною інформацією є гнучкість при розв’язанні лінійних та нелінійних задач. Так, зокрема, одна й та сама мережа може використовуватись для розв’язання різних крайових задач без зміни архітектури мережі. На відміну від класичних чисельних методів, можливість паралелізації нейромереж вже закладена у сучасні програмні бібліотеки.
Отже, застосування нейронних мереж з фізичною інформацією для розв’язання обернених задач пружності пластин та балок є ефективним з огляду на отримані значення відносних похибок та обчислювальну стійкість методу. На практиці запропоновані можуть використовуватись для виконання відповідних розрахунків при проєктуванні елементів конструкцій. Розроблений програмний код може бути частиною систем автоматизації проєктувальних робіт або систем комп’ютерної алгебр
Розробка моделі охолодження водою резервуара з нафтопродуктом в умовах пожежі
No full textThe object of this study is the process of liquid combustion in spillage, and the subject is the temperature distribution along the wall of a vertical steel tank when it is heated under the thermal influence of fire and cooled by water. A system of equations describing the water cooling of the wall of a vertical steel tank under the conditions of the thermal effect of a fire spilling a flammable liquid has been constructed. The system consists of a heat balance equation for the tank wall, a heat balance equation for the water film flowing over the wall, and a mass balance equation for the water film. The equations take into account the radiative heat exchange with the flame, the environment, the internal space of the tank, as well as the convective heat exchange with the surrounding air, the vapor-air mixture, and the liquid inside the tank, as well as between the water film and the wall. The joint solution to the system of equations makes it possible to determine the temperature distribution along the tank wall and the water film at an arbitrary time point, as well as to determine the thickness and flow rate of the water film at a certain point.
The finite difference method was used to solve the system of heat and mass balance equations. It is shown that the insufficient intensity of water supply for cooling leads to boiling of water from the film, as a result of which the wall temperature in such areas can reach 300 °C. A delay in the supply of water, even with sufficient intensity, could lead to the establishment of a film-like mode of boiling. In such a situation, the water film is thrown away from the wall, as a result of which the part of the wall below the film boiling zone remains without cooling. The practical significance of the built model is the possibility of determining the necessary intensity of water supply for cooling the tank and the limit time for the start of coolingОб'єктом дослідження є процес горіння рідини в розливі, а предметом дослідження – розподіл температури по стінці вертикального сталевого резервуара при його нагріві під тепловим впливом пожежі і охолодженні водою. Побудовано систему рівнянь, що описує охолодження водою стінки вертикального сталевого резервуара в умовах теплового впливу пожежі розливу горючої рідини. Система складається з рівняння теплового балансу для стінки резервуара, рівняння теплового балансу для водної плівки, що стікає по стінці, і рівняння балансу маси для водної плівки. Рівняння враховують променевий теплообмін з полум’ям, навколишнім середовищем, внутрішнім простором резервуара, а також конвекційний теплообмін з навколишнім повітрям, пароповітряною сумішшю і рідиною всередині резервуара, а також між водною плівкою і стінкою. Сумісне розв’язання системи рівнянь дозволяє визначити розподіл температури по стінці резервуара і водній плівці в довільний момент часу, а також визначити товщину і швидкість стікання водної плівки у певній точці.
Для розв’язання системи рівнянь теплового і масового балансу було застосовано метод скінчених різниць. Показано, що недостатня інтенсивність подачі води на охолодження призводить до википання води із плівки, внаслідок чого температура стінки на таких ділянках може досягати 300 ºC. Затримка з подачею води, навіть при достатній інтенсивності, здатна призвести до встановлення плівкового режиму кипіння. В такій ситуації відбувається відкидання водної плівки від стінки, внаслідок чого частина стінки нижче зони плівкового кипіння залишається без охолодження. Практична значущість побудованої моделі полягає в можливості визначення необхідної інтенсивності подачі води на охолодження резервуара і граничного часу початку охолодження