Назначение - Программа предназначена для расчёта значения коэффициента теплоотдачи при естественной циркуляции внутри теплообменника при ламинарном течении воды.

Область применения - Программа может быть использована при обработке результатов физического эксперимента по теплообмену, а также при расчете теплообмена в конденсаторах транспортных электроустановок.

Используемый алгоритм - В основе заложена формула подсчёта коэффициент теплоотдачи (α=P/pi*d*l*(t_ст- t_вх), где: P - подводимая мощность к нагревательному элементу, l - длина теплообменника, d - внутренний диаметр теплообменника, tвх - температура воды на входе в теплообменник, tст - температура стенки теплообменника, pi-число пи).

Функциональные возможности -Ограничений на вводимые данные нет. Для увеличения объёма обрабатываемых данных достаточно скопировать расчётную строку в другие свободные строки в зависимости от потребности.

Инструментальные средства создания - Microsoft Excel.

Программа разработана для приближенного вычисления вероятности связности графа с низконадежными ребрами.

В основе программы лежит асимптотическое отношение, параметрами которого являются числовые характеристики остовных деревьев исходного графа и число вершин графа. Данные характеристики вычисляются с помощью теоремы Киргофа, что существенно сокращает количество необходимых арифметических операций, уменьшает  время счета и не требует высоких технических затрат.

Расчет вероятности связности производится в несколько этапов: задается матрица смежности, строится матрица Киргофа, вводится вероятность связности отдельного ребра, выводится результат.

Программа может быть использована при исследовании различных случайных сетей и проектировании новых информационно-технических систем.

В отличие от программ аналогичного типа данная программа позволяет:

1. Определять вероятность связности графа произвольного вида;

2. Использовать новые и ранее известные формулы дискретной математики, не требующие процедуры перечисления, сводя тем самым вычислительную сложность до кубической;

3. Не требовать высоких технических характеристик к используемым аппаратным средствам.

Функциональные ограничения:

- в силу используемых в программе формул вероятность связности ребра должна быть меньше чем 0,01.

- не рекомендуется использовать программу для графов с количеством вершин более 100.

Программа разработана на Object Pascal  в среде разработки Delphi 7.

Назначение - Программа предназначена для управления радиостанцией и создания на её основе симплексного ретранслятора радиосигналов

Область применения - Системы конвенциональной низовой радиосвязи.

В работе компьютерной модели использован авторский алгоритм функционирования симплексного ретранслятора. 

После нажатия кнопки «Старт» компьютерная модель симплексного ретранслятора (КСР) переходит в режим «Пауза». В данном режиме компьютерная модель КСР анализирует входной сигнал, и как только он станет больше заданного уровня шума, переходит в режим «Запись». После прекращения сигнала программная модель КСР находиттся в режиме ожидания в течение установленного времени. Если в этот отрезок времени  сигнал не появляется, то программная модель КСР переходит в режим воспроизведения. По окончании воспроизведения программная модель КСР вновь переходит в режим ожидания и цикл повторяется. Данная модель КСР имеет гибкие настройки, которые сохраняются в конфигурационном файле.

Представленная КСР имеет улучшенные технические характеристики, которые устраняют недостатки существующих аналогов. И позволяют выбрать оптимальную модификацию при использовании в конкретных условиях. Представленная компьютерная модель КСР радиосигналов имеет:

1. увеличенное время записи сообщений;
2. гибкие настройки;
3. возможность архивирования сообщений;
4. возможность воспроизведения сохраненных сообщений из файла и их передачи в эфир.

В приложенном файле показана экранная форма программы, а также симплексный ретранслятор, построенный на основе КСР.

Функциональные возможности - Запись и воспроизведение звукового сигнала  с микрофонного и линейного разъёмов ЭВМ. Ведение архива записей. Присутствует возможность регулирования уровней сигнала.

Программа разработана в среде Qt creator.

Использованные источники:

1. Сивагина Ю.А. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Ю.А. Сивагина, И.Д. Граб, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков //Труды международного симпозиума "Надежность и качество". 2012. Т. 1. С. 74-76.

Настоящее программное обеспечение позволяет моделировать упруго-пластические деформации с помощью уравнений теории упругости и максвелловских релаксаций. Было проведено сравнению результатов расчетов с данными экспериментов по сварке взрывом металлических пластин. Выбирая модельные задачи, авторы стремились, на основе наблюдения за рассчитываемыми процессами, выработать представление о том, какие обстоятельства приводят к волнообразованию при сварке взрывом металлических пластин. Эта проблема была поставлена М.А. Лаврентьевым ещё в 60-х годах прошлого века. Академик РАН Годунов С.К. был участником одного из первых расчетов этой задачи, выполненных по гидродинамической модели. Анализ этих расчетов и основанных на них экспериментов привели к открытию явления затопленной струи и к измерению эффективной вязкости, действующей в зоне соударения. Данная численная модель и реализующая её программа для ЭВМ являются продолжением этих исследований, в ней получены новые результаты, касающиеся эффекта волнообразования при сварке взрывом.

К описанию программы прилагается параграф будущей книги, посвященной моделированию упруго-пластических деформаций с помощью настоящей модели и модели молекулярной динамики. Параграф содержит полное описание подхода, модели, численного метода, результаты вычислительных экспериментов, а также проверку их корректности.

Формальное описание программы:

Назначение - численное моделирование образования волн при сварке взрывом на основе упруго-пластического подхода в двумерной постановке

Область применения - изучение упруго-пластических деформаций металлов 

Используемый алгоритм - метод Годунова

Функциональные возможности - расчет нелинейных упруго-пластических деформаций с возможностью проверки корректности решения

Инструментальные средства создания - фортран 90, OpenMP

[1] Годунов С.К., Пешков И.М. Термодинамически согласованная нелинейная модель упругопластической среды Максвелла // ЖВММФ. 2010. Т.50. № 8. С. 1481-1498

[2] Годунов С.К., Киселев С.П., Куликов И.М., Мали В.И., Пешков И.М. Численное и экспериментальное моделирование образования волн при сварке взрывом // Труды Математического института им. В. А. Стеклова, 2013, (в печати)

Назначение. Программа предназначена для автоматизированного расчёта  интенсивности электрического и магнитного поля световой волны в многослойных (в том числе содержащих квантовые ямы)  полупроводниковых структурах.

Область применения. Фотолюминесцентные исследования полупроводниковых материалов. Математическое моделирование интенсивности электрического и магнитного поля световой волны в в многослойных (в том числе содержащих квантовые ямы)  полупроводниковых структурах.

Используемый алгоритм. Расчёт интенсивости электрического и магнитного поля световой волны в многослойных структурах осуществляется классическим методом матриц переноса и подробно описан в [1]. В дополнение к классическому методу матриц переноса, в использованном алгоритме применяются специальные формулы для расчёта отражения, пропускания и поглощения для слоёв материала, которые являются квантовыми ямами (формулы приведёны в [2]).

1. Борн М. Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. Перевод с англ.  М.: изд-во «Наука», 1973. 713 с.

2. Kavokin A., Malpuech G. Thin films and nanostructures: Vol. 32 Cavity Polaritons. Elsevier, 2003. 246 p.

В качестве входных данных программа использует текстовые файлы, описывающие  для каждого из слоёв структуры толщину и коэффициент преломления. Для слоёв, являющихся квантовыми ямами, через текстовый файл вводятся резонансная частота экситона,  величины радиационного и нерадиационного затухания.  Угол падения световой волны вводится через командный пользовательский интерфейс.

Функциональные возможности. Программа позволяет получать значение интенсивности электрического и магнитного поля световой волны в различных точках многослойных (в том числе содержащих квантовые ямы)  полупроводниковых структур.

Инструментальные средства создания:  MathSoft MATLAB R2011b.

Назначение. Программа предназначена для автоматизированного расчёта спектров отражения, пропускания и поглощения многослойных (в том числе содержащих квантовые ямы)  полупроводниковых структур.
Область применения. Фотолюминесцентные исследования полупроводниковых материалов. Математическое моделирование спектров отражения, пропускания и поглощения многослойных (в том числе содержащих квантовые ямы)  полупроводниковых структур.
Используемый алгоритм. Расчёт интенсивости электрического и магнитного поля световой волны в многослойных структурах осуществляется классическим методом матриц переноса и подробно описан в [1]. В дополнение к классическому методу матриц переноса применяются специальные формулы для расчёта отражения, пропускания и поглощения для слоёв материала, которые являются квантовыми ямами, приведённые в [2]. 

1. Борн М. Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. Перевод с англ.  М.: изд-во «Наука», 1973. 713 с.

2. Kavokin A., Malpuech G. Thin films and nanostructures: Vol. 32 Cavity Polaritons. Elsevier, 2003. 246 p.

В качестве входных данных программа использует текстовые файлы, описывающие спектральную зависимость коэффициента поглощения для каждого из слоёв структуры.   Кроме этого для каждого из слоёв с использованием текстовых файлов вводятся  его толщина и коэффициент преломления. Для слоёв, являющихся квантовыми ямами, через текстовый файл вводятся резонансная частота экситона,  величины радиационного и нерадиационного затухания.  Угол падения световой волны вводится через командный пользовательский интерфейс.

Функциональные возможности. Программа позволяет получать спектры отражения, пропускания и поглощения многослойных (в том числе содержащих квантовые ямы)  полупроводниковых структурв. 

Инструментальные средства создания:  MathSoft MATLAB R2011b.

Назначение. Программа предназначена для получения точечных и интервальных оценок коэффициента латеральной диффузии экситонов в прямозонных полупроводниковых материалах (как однородных, так и содержащих квантовые ямы) по результатам автоматизированного анализа зависимости интенсивности спада катодолюминесцентного излучения от времени с использованием метода конфлюентного анализа. 

Область применения. Идентификация электрофизических параметров полупроводниковых материалов  при обработке результатов физического эксперимента в растровой электронной микроскопии, а также при бесконтактной диагностике качества полупроводниковых материалов в промышленном производстве.

Используемый алгоритм.

Алгоритм метода конфлюентного анализа подробно описан в [1]. Это итеративный метод оценки параметров функциональных зависимостей, заключающийся в поочередной минимизации функционалов метода наименьших квадратов (МНК) и метода ортогональной регрессии. Такой подход приводит к минимизации суммы квадратов наикратчайших расстояний от экспериментальных точек до кривой регрессии, что позволяет учитывать погрешности измерений аргумента функции, тогда как в МНК минимизируется сумма квадратов отклонений при фиксированных значениях абсцисс экспериментальных точек, что позволяет учитывать погрешности лишь в измерении значений самой функции.

Функция распредления экситонов, генерированных зондом растрового электронного микроскопа в образце, получена авторами в результате аналитического решения уравнений диффузии экситонов (стационарного и нестационарного) [2]. В качестве функции генерации использовалось функция плотности нормального распределения. Окончательное расчётное выражение для зависимости интенсивности катодолюминесценции от времени (для случая гашения люминесценции) получено авторами в результате аналитического интегрирования функции распределения экситонов [2]. 

1. Грешилов А. А. Анализ и синтез стохастических систем. Параметрические модели и конфлюентный анализ. М.: Радио и связь, 1990. 320 с.

2. Поляков А.Н., Noltemeyer M., Christen J. и др. Двумерная диффузия и катодолюминесценция экситонов, генерированных электронным пучком в полупроводниковом материале: результаты математического моделирования// По­верх­ность. Рент­геновские, син­хро­тронные и нейтронные исследования. 2011. № 11. С. 35-40.

В качестве входных данных программа использует текстовые файлы, описывающие зависимость интенсивности спада катодолюминесценции от времени.  Данные о  материале образца (время жизни экситонов и др.) и о начальном приближении, используемом в алгоритме конфлюентного анализа, вводятся через командный пользовательский интерфейс.

Функциональные возможности. Программа позволяет получать точечные и интервальные оценки коэффициента латеральной диффузии экситонов. 

Инструментальные средства создания:  MATLAB R2010a.

Черенковское излучение - свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде.

Назначение - обработка данных наблюдений на малой черенковской установке.
Область применения - обработка файлов данных регистрации черенковского излучения Якутской установки
Используемый алгоритм - алгоритм описан в [1]:

[1]  С. П. Кнуренко, В. А. Колосов, З. Е. Петров, А. Г. Пудов, Р. Г. Сидоров, И. Е. Слепцов. Автономная черенковская установка для исследования первичного космического излучения в области энергий 10^15 - 10^17 эВ // Наука и образование. - 1998. - №4. - С. 46-50

Используется метод наименьших квадратов (МНК) для определения зенитного и азимутального углов прихода широкого атмосферного ливня (ШАЛ). Вычисление оценок параметров ливней ведется максимизацией функционала на принципе максимального правдоподобия. Максимизация ведется итерациями, начиная с нулевого приближения.
Функциональные возможности - Пакет программ позволяет подсчитать плотность потока черенковского света для каждой станции, определить направление прихода и оценить основные параметры ШАЛ:

1) вычисление координат оси ливня для заряженной компоненты

2) вычисление оценки возраста ливня

3) Вычисление оценки N - числа частиц в ливне

4) Вычисление характерного расстояния функции пространственного распределения

5) Вычисление координат оси ливня для черенковской компоненты

6) Вычисление энергии первичной частицы

Реализованы возможности: построение графика функции пространственного распределения; показ даты и времени наблюдения; показ плана установки; отображение осей ливня и черенковской компоненты на установке; функция мониторинга.

Описание работы программы, блок-схема, рабочее окно программы - в приложенном файле

Инструментальные средства создания - Программа  написана на Borland Delphi Client/Server 4.0 под платформы Windows 9x и Windows NT

Назначение. Программа предназначена для получения точечных и интервальных оценок электрофизических параметров прямозонных полупроводниковых материалов  по результатам автоматизированного анализа зависимости интенсивности катодолюминесцентного излучения от энергии электронов пучка растрового электронного микроскопа с использованием метода конфлюентного анализа.
Область применения. Идентификация электрофизических параметров полупроводниковых материалов с субмикронным разрешением при обработке результатов физического эксперимента в растровой электронной микроскопии, а также при бесконтактной диагностике качества полупроводниковых материалов в промышленном производстве.
Используемый алгоритм. Алгоритм метода конфлюентного анализа подробно описан в [1].  Это итеративный метод оценки параметров функциональных зависимостей, заключающийся в поочередной минимизации функционалов метода наименьших квадратов (МНК) и метода ортогональной регрессии. Такой подход приводит к минимизации суммы квадратов наикратчайших расстояний от экспериментальных точек до кривой регрессии, что позволяет учитывать погрешности измерений аргумента функции, тогда как в МНК минимизируется сумма квадратов отклонений при фиксированных значениях абсцисс экспериментальных точек, что позволяет учитывать погрешности лишь в измерении значений самой функции.

Расчёт интенсивности катодолюминесценции в зависимости от энергии электронов пучка и некоторых параметров мишени для случая генерации неосновных носителей заряда широким электронным пучком и их последующей линейной излучательной рекомбинации основывается на подходе, характерном для модели независимых источников, предложенном ван Роесбруком в работе [2]. Математическая модель была описана и исследована в работе [3]. Согласно этому подходу интенсивность может быть получена как сумма вкладов от рекомбинации неосновных носителей заряда, генерированных бесконечно тонкими источниками, находящимися на различной глубине. В качестве функции распределения неосновных носителей заряда, после из диффузии от планарного источника  используется аналитическое решение соответствующего уравнения диффузии, приведенное, например, в работах [4, 5]. Сюда входит функция плотности потерь энергии электронами пучка, для вычисления значений которой авторы использовали выражение, предложенное в работе [6] и основанное на возможности раздельного количественного описания вклада в процесс рассеяния энергии поглощенных в мишени и обратно рассеянных электронов.

Окончательное расчётное выражение, содержащее интегралы Пуассона, получено  в результате аналитического интегрирования функции распределения неосновных носителей заряда. Так как программная среда разработки ориентирована на матричные вычисления, то для их реализации используется аппроксимация интеграла Пуассона числовыми рядами [7]. 

1. Грешилов А. А. Анализ и синтез стохастических систем. Параметрические модели и конфлюентный анализ. М.: Радио и связь, 1990. 320 с.

2. van Roosbroeck W. Injected current carrier transport in a semi-infinite semiconductor and the determination of lifetimes and surface recombination velocities // J. Appl. Phys. 1955. Vol. 26, № 4.P. 380-391

3. Михеев Н.Н., Петров В.И., Степович М.А. Об использовании модели независимых источников неравновесных носителей заряда при расчёте интенсивности катодолюминесценции, возбуждаемой в полупроводниковом материале // Изв. РАН. Сер. физ. 1992. Т. 56. №3. C.176-182

4. Everhart T.E., Hoff P.H. Determination of kilovolt electron energy dissipation vs penetration distance in solid materials // J. Appl. Phys. 1971. Vol. 42. №13. P. 5837-5846

5. Белов А. А., Петров В. И., Степович М. А. Использование модели независимых источников для расчёта распределения неосновных
носителей заряда, генерированных в полупроводниковом материале электронным пучком // Изв. РАН. Сер. физ. 2002. Т. 66, № 9. С. 1317–
1322.

6. Михеев Н. Н., Петров В. И., Степович М. А. Количественный анализ материалов полупроводниковой оптоэлектроники методами растровой электронной микроскопии // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1991. Т. 55. № 8. С. 1474–1482.

7. Поляков А.Н., Ковтунова Т.И., Михеев Н.Н.,Степович М.А.Об одной возможности математического моделирования зависимости интенсивности катодолюминесценции от энергии электронов пучка при идентификации параметров полупроводниковых материалов с использованием аппроксимации степенными рядами // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2010. №9. С. 95–100.

В качестве входных данных программа использует текстовые файлы, описывающие зависимость интенсивности катодолюминесценции от энергии электронов пучка растрового электронного микроскопа.  Данные о  материале образца (средний атомный номер, средний заряд ядра, плотность, время жизни неосновных носителей заряда, коэффициент поглощения на данной волне излучения и др.) и о начальном приближении, используемом в алгоритме конфлюентного анализа, вводятся через командный пользовательский интерфейс.

Функциональные возможности. Программа позволяет получать точечные и интервальные оценки:

• диффузионной длины неосновных носителей заряда; 
• глубины приповерхностной области, обеднённой основными носителями заряда;
• совместно диффузионной длины неосновных носителей заряда и глубины приповерхностной области, обеднённой основными носителями заряда. 

Инструментальные средства создания:  MATLAB R2010a.

Назначение   Программа предназначена для проведения перестановочных тестов. Разработанные методы применяются для  случаев, когда нет возможности получить истинные повторения наблюдений. Программа позволяет формировать так называемые "псевдовыборки".  На основе этих псевдовыборок можно получить необходимые характеристики искомого параметра: оценки математического ожидания, дисперсии, доверительного интервала. 

Область применения   Представленный вариант позволяет проводить перестановочный тест в задачах генетики, но при небольшой переработке или соблюдении шаблона входного файла можно решать задачи из другой области.

Используемый алгоритм   Использованы известные алгоритмы: алгоритм генерации случайных чисел, параллельный алгоритм для сбора и обработки статистических данных. Предложен оригинальный подход для увеличения эффективности параллельной реализации, базирующийся на матрично-векторных операциях линейной алгебры.

Функциональные возможности - Формирование массивов входных данных из текстовых файлов. Проведение перестановочного теста с заданными параметрами (количество перестановок, общее число итераций). Формирование выходного текстового файла с полученными результатами статистик. Реализация на графическом процессоре позволяет получить ускорение на больших задачах в 100 раз.

Во вложенных файлах представлено:  рис. 1 - образец входного файла с выделением важных элементов; рис. 2 - общая структура выполнения программы с сопоставлением функциональных блоков аппаратным ресурсам; рис. 3 - образец выходного файла; рис. 4 - производительность параллельной и последовательной версий программы на двух различных задачах.

Инструментальные средства создания - Microsoft Visual Studio 2008, NVIDIA CUDA