Самоорганизация параметров

Диссипация энергии есть процесс перехода части энергии упорядоченного процесса в энергию неупорядоченного процесса, а в конечном итоге - в теплоту. Переход диссипативной системы в упорядоченное состояние связан с неустойчивостью предшествующего, неупорядоченного, состояния, когда параметры системы превышают некоторые критические значения. Первоначально устойчивая диссипативная структура в процессе эволюции системы, достигая порога неустойчивости, начинает осциллировать, а возникающие в ней флуктуации приводят к самоорганизации новой, более устойчивой на данном иерархическом уровне диссипативной структуры. [c.61]

Универсальность и масштабная инвариантность динамической самоорганизации фрактальных структур в критических точках позволила установить связь фрактальной размерности структуры зон предразрушения с параметрами, [c.344]

Разумеется, структура системы может скачкообразно измениться при достижении критического потока энергии и смене управляющего параметра (например, возникновение ячеек Бенара), но в этом случае одновременно происходят фазовый переход II рода и самоорганизация системы. [c.68]

На рис. 1.1 представлена самоорганизация случайного поля амплитуд (а-е) и фазы (а - е ) возмущений в среде без дисперсии при различных значениях безразмерного времени х = Г2<м,/е (г - время, и Х - инкремент, е - малый параметр) а = 0 /> = 0,2 с = 0,6 д = 1,2 е = 2,0 /= 4,7 [7]. Из этого рисунка следует, что самоорганизация (позиция е и е ) характеризуется величинами амплитуды и фазы практически постоянными и не зависящими от волновой координаты. [c.12]

Аналогичная зависимость имеет место при течении тонких слоев при различных физических воздействиях, в частности электрических нолей большой интенсивности рис. 1.6 [18]. Из всего многообразия экспериментальных данных на рис. 1.6 представлены те значения параметров пленки (число Рейнольдса и напряженности электрического поля), при которых наблюдается самоорганизация. [c.15]

При синергетическом описании эволюции открытых систем рассматриваются переходы от одних механизмов самоорганизации (способы диссипации энергии при разрушении материала) к другим в критических точках неустойчивости, которые названы точками бифуркации [43-46]. В точках бифуркации система претерпевает принципиальные изменения в способности реагировать на подводимую энергию извне, а следовательно, кинетические уравнения в точках бифуркации должны дискретно сменять любой свой вид, либо дискретно меняются параметры этих уравнений. Чтобы применить к металлу указанный подход описания эволюции открытых систем с целью изучения распространяющихся трещин в элементах конструкций при многопараметрическом воздействии, необходимо показать существование в металле строго упорядоченных процессов (механизмов) разрушения и доказать независимость их реализации от условий или параметров внешнего воздействия. [c.100]

Существование определенной иерархии процессов самоорганизации обусловлено усложнением способа затрат энергии на образование свободной поверхности при распространении трещины. При изменении условий нагружения, когда оно перестает быть регулярным, переходы через точки бифуркации могут быть результатом изменения количества компонент или самих параметров, управляющих процессом. Однако во всех случаях наблюдаемые структуры, представляющие собой ступени самоорганизации, возникают, а не накладываются извне. Указанный принцип синергетики означает, что иерархия процессов, присущих данной системе, может быть выявлена при любом виде внешнего воздействия — неизменном и нестационарном. [c.122]

Другой пример самоорганизации - образование турбулентных вихрей при движении жидкостей. Известно, что движение жидкости вязкостью р в трубе высотой к при скорости потока V носит ламинарный характер при значениях параметров состояния системы (числа Рейнольдса) меньше критических [c.24]

Принцип локального равновесия означает справедливость всех уравнений равновесной термодинамики для бесконечно малых элементов массы (объема) неравновесных систем. Согласно этому принципу, состояние неравновесной системы характеризуется локальными термодинамическими потенциалами, которые зависят от времени только через характеристические термодинамические параметры, причем для всех термодинамических величин справедливы уравнения классической термодинамики. Это позволяет строить рассмотрение неравновесных открытых систем на анализе термодинамической самоорганизации структур, в которых локализован некий квазиравновесный процесс. В этом случае эволюцию системы можно рассматривать как ее переход через ряд термодинамических квазиравновесных состояний, а зависимость системы от времени описывать с помощью параметров, контролирующих наиболее медленный процесс. [c.14]

Рассмотренные выше методы определения фрактальной размерности различных объектов достаточно сложны, так как требуют специальной аппаратуры и сложных расчетов. В значительной мере это связано с тем, что эти методы не опираются на свойства синергетических систем, связанных с самоорганизацией в точках бифуркаций диссипативных структур, обладающих фрактальностью. Их учет позволяет обосновать наличие связи между свойствами системы (например, в виде деформируемого материала) и фрактальной размерностью структур, определяющих переходы устойчивость—неустойчивость—устойчивость. Эта возможность определяется наличием взаимосвязи между параметрами, контролирующими критические точки (в данном случае бифуркаций). [c.74]

В связи с этим параметр X может служить своего рода показателем "предрасположенности" к самоорганизации диссипативных структур дефектов при ПД материала. Обозначим через Л(Х,, а) набор параметров, принятых в [19, 178] в качестве управляющих, и выделим два состояния А = Aq и А = Aq + АА. Процессу самоорганизации отвечают положительные изменения ДЛ О [178], поэтому условие для более упорядоченного состояния записывают в следующем виде [c.103]

Рассмотрение поведения деформируемого твердого тела с позиций физики и механики неравновесных состояний выдвигает на первый план определение диссипативных свойств материала в точках неустойчивости системы, отвечающих самоорганизации диссипативных структур. Параметры, контролирующие точки перехода "устойчивость—неустойчивость— устойчивость" при деформировании материалов несут фундаментальную информацию о его диссипативных свойствах и фрактальной природе пластической деформации и разрушения. [c.159]

Эффективная энергия активации как управляющий параметр. В выражении (256) разность Уэф = щ — уа характеризует эффективную энергию активации, а так как ее величина связана с напряжением, то ее можно принять за управляющий параметр. Его критические значения в точке бифуркации определяет параметр порядка, отвечающий Уэф = О. Тогда uq-уа = 0. Это равенство является условием автомодельности разрушения и самоорганизации диссипативных структур. При таком подходе удается выделить пороговые напряжения, соответствующие фрактальные объекты и интервал изменения их фрактальной размерности. [c.206]

С позиций синергетики самоорганизация диссипативных структур, как уже отмечалось, связана с достижением точек бифуркаций, переход через которые приводит к самоорганизации структуры, обеспечивающей упорядочение более высокого ранга. Отсюда можно сделать вывод, что оптимизация конструкций промежуточных разливных устройств и режимов разливки стали непосредственно связана с обеспечением условий для формирования потока жидкости при режимах, отвечающих переходу от ламинарного течения к турбулентному. Числовые значения технологических параметров могут быть получены на базе диаграмм трехмерного течения расплава, разработанных в [341]. [c.222]

Принципиальное отличие поведения неравновесных систем от равновесных связано с эффектом самоорганизации диссипативных структур в точках ее неустойчивости, что обеспечивает минимизацию энтропии в неравновесной системе. Это означает, что в основе процесса стеклования жидкости лежит самоорганизация диссипативных структур, контролируемая принципом минимума производства энтропии. Это обусловливает реализацию принципа подчинения в точке фазового перехода жидкость — кристалл и взаимосвязь параметров, контролирующих переход системы через неустойчивое состояние. [c.288]

При МЛ стадия 1 связана с самоорганизацией турбулентных ДС на макроуровне, а стадии 2 и 3 — динамических и квазистатических ДС на мезо- и микроуровнях соответственно. Макроуровень, как более высокий уровень иерархии, характеризуется меньшей способностью к диссипации энергии, чем мезо- и микроуровни. На этом уровне диссипация энергии наиболее высока при турбулизации среды. Поэтому технологические параметры процесса должны обеспечивать формирование вихревого состояния среды, при котором возможен физический контакт между составляющими шихты. [c.325]

Принцип кумулятивной обратной связи в открытых физических системах (подсистемах) управляет самоорганизацией диссипативных структур. Реализующийся при этом спектр механизмов диссипации энергии определяется спектром параметров порядка, выступающих в роли параметров, контролирующих неравновесные необратимые переходы. [c.34]

Из приведенных в предыдущем разделе данных следует, что золотая пропорция является универсальным критерием устойчивости структуры, ее гармонии и красоты, как в живой так и в неживой природе. В чем же секрет ее универсальности Ответ дает синергетика, являющаяся теорией самоорганизующихся структур. В первой главе были рассмотрены основные принципы синергетики, представления о термодинамической и динамической самоорганизации структур, а также проанализирована роль параметра порядка в процессах самоорганизации. Параметр порядка контролирует переходы термодинамическая - динамическая - термодинамическая самоорганизация. Эти переходы являются неравновесными фазовыми переходами, в процессе которых самоорганизуются новые устойчивые сфуктуры, что контролируется золотой пропорцией, являющейся кодом устойчивости структуры, генетически заложено природой. [c.170]

На современном этапе развития технологи 18ских систем начинают широко применяться самонастраивающиеся, т. е. автоматически устанавливающие оптимальные режимы обработки, машины и самоорганизующиеся, т. е. линии, автоматически устанавливающие оптимальный маршрут обработки. Самонастройка, или самоорганизация, осуществляется в функции параметров объекта обработки и позволяет при обработке конкретных объектов, свойства каждого из которых можно неслучайным или случайным образом варьировать в каком-то диапазоне, вырабатывать такую программу действия, которая обеспечивает, например, качество обработки, ее точность, минимальную себестоимость и т. д. В этих случаях схема, показанная на рис. 28.8, дополняется блоками, осуществляющими процесс самонастройки фис. 28.12). К блокам программы 1, управления 4, исполнительных механизмов 5 и контроля 6 прибавляется блок самонастройки 2 и блок памяти 3. [c.590]

Из S — теоремы следует, что с ростом управляющего параметра перенормированная энтропия убывает, т.е. имеет место процесс самоорганизации. Это означает, что принцип минимума производства энтропии в процессах саморга-низации предоставляется общим для линейных и нелинейных термодинамических систем. [c.28]

Приведенные выше бифуркационные диаграммы являются простейпш-ми, т.к. в данном анализе не учитывалось влияние на механизм самоорганизации интенсивности внешних связей, налагаемых на систему средой. Учет этих факторов приводит к "каскаду" неустойчивостей системы, отвечающих переходам устойчивость - неустойчивость устойчивость. Это означает, что в пространстве параметров существует область, достаточно близкая к термодинамическому равновесию, в которой нелинейности перестают играть свою роль, независимо от того, какую систему мы изучаем. [c.41]

В условиях соединения металлов с приложением различных видов и концентраций энергий в термодинамически открытой системе энергия — металл — внешняя среда определение характеристических параметров (критических точек), при которых реализуется спон-тонное изменение свсйстиа системы, обусловленное самоорганизацией диссипативных структур, возможно на основе создания адекватных физико-математических моделей процессов, протекающих при сварке, и исследования их с помощью компьютерного эксперимента — наиболее тонкого ииструмепта. [c.110]

При указанных температурах и фиксированных параметрах Щ ч-ка устанавливается квазиравновесное состояние. Если и. шенить внешние условия среды, то квазиравновесное состояние нарушится. Поскольку самоорганизация связана с формироводием диссипативных структур, соответствующих минимуму производства энтропии, то очевидно, что при технологических режимах, отвечающих самоорганизации, будет формироваться упорядоченная структура. [c.174]

На рис. 1.7 приведены результаты исследования закономерностей нестационарного протекания экзотермических реакций в реакторах вытеснения в условиях периодического изменения определяющих параметров 119]. Из этого рисунка видно, что в з ех режимах (В, С), при которых соблюдается постоянная или линейная зависимос ть частоты возмущений от амплитуды, имее т место регулярный режим, практически моделирующий процесс самоорганизации. Там, где такая зависимость не соблюдается, регулярность отсутствует (/7). [c.15]

Эксплуатационное воздействие на элемеит конструкции реализуется при переменных параметрах цикла нагружения во времени. Порож.цае-мый при таком нагружении поток энергии является нестационарным. Такой вид нагружения, согласно принципам синергетики об упорядоченности ступеней самоорганизации, позволяет осуществлять многократное повторение тех или иных механизмов эволюции, присущих данной системе. Применительно к распространению усталостных трещин это означает, что причины переходов от одних механизмов разрушения к другим могут быть следствием изменения величины управляющего параметра, однако в направлении роста трещины можно реализовать только те механизмы, которые характеризовали рост трещины при стационарном режиме нагружения. Эта ситуапия имеет место, если переходные режимы внешнего воздействия вызвали дискретные изменения реак- [c.125]

Часто процессы С. противопоставляются процессу турбулизации неравновесной среды. В действительности между процессами pasBifTHH регулярных структур и развития турбулентности (простравственно-времен-нбгЬ беспорядка) имеется много общего. Прежде всего и для того и для др. процесса наиб, характерно вовлечение в нроцесс всё новых возбуждений неравновесной среды. Только в первом случае (самоорганизация) эти возбуждения синхронизованы друг с другом, а во втором — наоборот, взаимодействие этих элементарных возбуждений рождает случайность (см. Странный аттрактор). Естественно, что в широкой области параметров неравновесной среды наблюдаются промежуточные состояния, к-рые нельзя отнести ни к полной С., нн к развитой турбулентности. Такие состояния обычно называют пространственно-временным хаосом. [c.413]

Рассмотрим нек-рый процесс самоорганизации, фор- мулируемый последовательностью стационарных состояний, отвечающих разл. значениям управляющего параметра а. Пусть а,,р — критич. значение, при к-ром происходит [c.230]

Климонтович [19] доказал 5-теорему, на основе которой принцип минимума производства энтропии распространяется и на нелинейную область. Теорема позволяет оценить относительную степень упорядоченности и неравновесного состояния системы и предсказать направление, в котором под влиянием внешнего воздействия изменяется термодинамический процесс, протекающий в открытой системе. Согласно 5-теореме, принцип эволюции открытых систем гласит при критических фазовых переходах через пороговые значения управляющих параметров происходит скачкообразное уменьшение энтропии с уменьшением ее производства. Из S-теоремы следует важный вывод с ростом управляющего параметра перенормированная энтропия убывает, т.е. имеет место процесс самоорганизации. [c.13]

Самоорганизующимися процессами называют процессы, при которых возникают более сложные и более совершенные структуры [2, б]. Это определение позволяет выделить самоорганизацию как один из возмож-нь1х путей эволюции и отнести этот процесс к условиям, далеким от термодинамического равновесия. Эволюция может приводить и к деградации. Так, в закрытых системах, когда движущая сила процесса — стремление системы к минимуму свободной энергии, достигаемое равновесное состояние является наиболее хаотическим состоянием среды. Если же эволюция системы контролируется минимумом производства энтропии (Неравновесные условия), происходит самоорганизация динамических структур, названных диссипативными. К диссипативным структурам относятся пространственные, временные или пространственно-временные структуры, которые могут возникать вдали от равновесия в нелинейной области, если параметры системы превышают критические значения [26]. Диссипативные структуры могут перейти в состояние термодинамического равновесия только путем скачка (в результате неравновесного фазового перехода). Основные их свойства следующие [18, 24, 26] [c.22]

Другим характерным примером самоорганизации ритмически повторяющихся структур служат слоистые покрытия со строго определенными размерами слоев. Структура покрытия, представленная на рис. 11, обусловлена ритмическим повторением реакции при пиролитическом хромировании изделия путем разложения паров металлорганического соединения и охлаждения их на нагретую стальную подложку. Строгая повторяемость слоев и постоянство их толщин указывает на самоорганизо-ванность структурообразования, которая возможна только в условиях, когда движущей силой процесса является стремление системы к минимуму производства энтропии. Структурообразование носит автоколебательный характер, а параметром порядка является теплопроводность среды. Это определяет чередование структур хромокарбидного соединения от близкого к аморфным (белые слои) к кристаллическим (черные слои) [32]. [c.28]

Исследования различных авторов показывают, что существует определенный интервал времени задержки от инициирования волны горения до приложения давления компактирования, при котором пористость минимальна. Материал с минимальной пористостью отвечает условиям неравновесности системы, при которых в процессе деформации самоорганизуются диссипативные структуры, обладающие фрактальностью. Поэтому в процессе получения беспористых материалов управляющими параметрами являются давление и температура компактирования, определяющие бифуркационную неустойчивость предыдущего состояния системы по отношению к последующему в результате образования сдвигонеустойчивых фаз. При этом переходе движущей силой процесса является стремление системы к минимизации энтропии при самоорганизации диссипативных структур. Здесь полностью применима S-теорема Климонто-вича о минимуме производства энтропии при самоорганизации структур. Именно самоорганизация обеспечивает оптимизацию структуры и минимальную пористость заготовки. Обеспечение режимов турбулизации в СВС связано с управлением кинетикой реакции горения. [c.228]

Таким образом, эволюция структуры деформируемого металла включает переходы организация-самоорганизация-организация. Традиционно внимание исследователей было связано с изучением организации структур без учета наличия точек бифуркаций, вблизи которых происходит самоорганизация диссипативных структур и смена лидирующего де-фекта-организатора. Изучение процессов организации структур при деформации хотя и является очень важным, но не несет полной информации об эволюции деформируемого тела в целом. Высокая информативность параметров, контролрфующих точки бифуркаций, в силу их инвариантности к внешним условиям дает максимальную информацию о контролирующих механизмах деформации и свойствах той среды, в которой происходит самоорганизация диссипативных структур. [c.241]

Достижение максимума на кривой HV—вероятно, и отвечает образованию объемной доли тройных стыков зерен критической величины, при достижении которой сплав неустойчив по отношению к сдвигу и ведет себя, подобно жидкости. Эти данные позволяют предположить, что параметром порядка при самоорганизации наноструктур является критическая плотность сдвиго-неустойчивых фаз в виде тройных стыков зерен. Нанокристаллические материалы с критическим размером зерна проявляют особые тепловые свойства [497]. [c.307]

Кроме того, изнашивание есть процесс с обратной связью. Одной из характеристик, упрувляющйх этим процессом, является микрогеометрия поверхности. С одной стороны, параметры шероховатости влияют на напряжённое состояние и разрушение поверхности, а с другой - формирующийся при изнашивании рельеф поверхности определяется характером её разрушения. Процессы самоорганизации и формирования равновесных структур при изнашивании как раз и являются проявлением действия обратной связи. Как было показано многими исследователями (см. [91, 141, 147]), при изнашивании на поверхности формируется равновесная шероховатость, являющаяся типичным примером формирования равновесной структуры в процессе самоорганизации. [c.317]

Детерминированный хаос характеризуется наличием периодического процесса, траектория которого воспроизводится, т.е. после повторения начального состояния вновь воспроизводится одна и Та же траектория, независимо от ее сложности. Это позволяет по параметрам одного из периодов повторения траектории прогнозировать будущее. Однако при этом необходимо учитывать свойства равновесных и неравновес-ных систем. Неравновесные открытые системы допускают новые структурные состояния. Диссипативные системы независимо от вида устойчивости вызывают уменьшение фазового объема во времени до нуля. Так что диссипативная система может переходить в упорядоченное состояние в результате неустойчивости предыдущего неупорядоченного состояния. Первоначально устойчивая диссипативная структура в процессе своей эволюции достигает критического состояния, отвечающего порогу устойчивости структуры, начинает осцилировать, а возникающие в ней флуктуации приводят к самоорганизации новой, более устойчивой структуры на данном иерархическом уровне эволюции. При этом важным является тот факт, что как и в биологических системах, переходы устойчивость - неустойчивость - устойчивость контролируются кумулятивной обратной связью. Она отличается от регулируемой извне обратной связью тем, что позволяет самоорганизовывать такую внутреннюю структуру, которая повышает степень ее организации. Таким образом, кумулятивная обратная связь за счет накопленной внутренней энергии позволяет системе осуществлять не просто обратное взаимодействие, учитывающее полученную информацию о предыдущем критическом состоянии, но и обеспечивать сохранение или повышение организованности структуры. Такой характер эволюции динамической [c.21]

И. Пригожий показал универсальность эффекта самоорганизации упорядоченных структур (проявляющегося при достижеции критического уровня управляющего параметра), в несхожих физических объектах (жидкости и твердые тела квантовые и классические системы), а также в условиях сверхнизких и высоких температур или скоростей внещнего воздействия [4]. Универсальность заключается в том, что эволюция сложных неравновесных систем может быть описана с помощью бифуркационной диаграммы (рис. 1.2.), связывающей управляющий па раметр Х с переменной X, имеющей различный смысл в зависимости от типа системы и рассматриваемого процесса. [c.23]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...