НЕЛИНЕЙНОСТЬ И САМООРГАНИЗАЦИЯ

Рассмотрение разрушения металлов как процесса, связанного с неравновесными фазовыми переходами [11], позволяет ввести обобщенные критерии разрушения, отражающие коллективные эффекты при пластической деформации и разрушении твердых тел, и самоорганизацию диссипативных структур. Из анализа разрушения с позиций синергетики следует, что сопротивление разрушению твердых тел определяется диссипативными свойствами. Показателем диссипативных свойств материала при самоподобном разрушении является фрактальная размерность, учитывающая вклад в диссипацию энергии двух основных механизмов пластической деформации и образования несплошностей. В этой связи критерии фрактальной механики разрушения являются комплексами — двух- или трехпараметрическими. В линейной и нелинейной механике разрушения, как известно, уже давно используются двухпараметрические критерии. Отличие двухпараметрических критериев фрактальной механики разрушения от критериев линейной механики заключается в том, что они определяют условия перехода разрушения на стадию самоподобного разрушения, контролируемого критической плотностью внутренней энергии и ее эволюцией в процессе роста трещины. Так как самоподобное [c.169]

Уже давно поставлена задача получения материалов, структурно и функционально подобных живым организмам или природным органическим материалам, однако до сих пор она остается нерешенной. Это связано с тем, что сама по себе эта задача является комплексной и требует для своего решения междисциплинарного подхода с объединением усилий специалистов различного профиля для интеграции достижений в смежных науках, в том числе и в биологии. Синергетика, являющаяся теорией самоорганизации диссипативных структур в живой и неживой природе, объединила методологией и единым математическим аппаратом различные научные направления, изучающие эволюцию систем, находящихся вдали от термодинамического равновесия. Такие системы обладают общим (универсальным) свойством самоорганизации диссипативных структур в процессе обмена энергией и веществом с окружающей средой [26]. При этом в системе происходят неравновесные фазовые переходы, наблюдаются динамическая нелинейность и резонансные возбуждения. Все эти свойства характерны для системы с обратными связями. Это означает, что создание конструкционных материалов, функционально подобных живым организмам, требует разработки теории управления обратными связями, заложенными в электронном спектре сплава [13]. Обратные связи в металлах, как и в живой природе, функционируют при постоянной подаче в систему энергии. [c.237]

Неравновесные фазовые переходы синергетических систем отличаются гораздо большим разнообразием, чем фазовые переходы систем, находящихся в состоянии теплового равновесия, и включают в себя колебания, пространственные структуры и хаос. В то время как фазовые переходы в системах, находящихся в тепловом равновесии, обычно принято изучать в термодинамическом пределе, когда объем образца становится бесконечным, в большинстве неравновесных фазовых переходов решающее значение имеет геометрия образца, в зависимости от которой могут возникать совершенно различные структуры. Инженерам-электрикам хорошо знакомы понятия нелинейности и шума, играющие важную роль и в синергетике. Но синергетика нередко обращает внимание на то, чему при традиционном подходе не уделялось внимания. Синергетические процессы не только реализуются на самых различных субстратах (молекулах, нейронах и т. д.). Синергетика рассматривает и пространственно распределенные среды, а понятие фазового перехода никогда не встречалось в электротехнике. Аналогичные замечания можно сделать и в отношении строительной механики, где флуктуации, как правило, не принято принимать во внимание. И кибернетика, и синергетика придают первостепенное значение понятию управления, но при этом преследуют совершенно различные цели. Кибернетика занимается разработкой алгоритмов и методов, позволяющих управлять системой для того, чтобы та функционировала заранее заданным образом. В синергетике мы изменяем управляющие параметры более или менее непредсказуемым образом и изучаем самоорганизацию системы, т. е. различные состояния, в которые она переходит под воздействием рычагов управления . [c.362]

Небезынтересно отметить, что неустойчивости и самоорганизация в сильно-неравновесных системах, появляющиеся как результат фундаментальных процессов, например химических реакций и диффузии, происходят и на гораздо более сложном уровне в живых системах. Математическое моделирование этих трудных систем также требует использования необратимых нелинейных уравнений. Основная отличительная особенность всех таких систем за- [c.433]

В гл. 1 изложены физико-химические и гидродинамические основы химии, нефтехимии и химические технологии. В ней на основе анализа общего нелинейного параболического уравнения предложены условия возникновения самоорганизации и турбулентности, проведена проверка этой закономерности с известными результатами экспериментальных исследований разработаны методы решения уравнений переноса количества движения, вещества и энергией для сложного тепломассообмена в системах с различной реологией, с учетом входного участка. [c.8]

Таким образом, принцип минимума производства энтропии в процессах самоорганизации представляется общим для линейных и нелинейных термодинамических систем [19]. [c.14]

Образование кавитационных пузырьков при УЗО подобно процессам газожидкостного плюмажа или инжекционной обработки расплава порошками, рассмотренным выше. Однако в отличие от них при УЗО происходит более интенсивная дегазация расплавов. Она включает зарождение кавитационных газовых пузырьков, их рост в результате направленной диффузии из расплава в полость, коалесценцию мелких пузырьков в результате развития акустических потоков и их вынос на поверхность расплава [346]. Однако определяющая роль кавитации в улучшении структуры расплава и твердого металла заключается отнюдь не в дегазации, а в эффектах самоорганизации диссипативных структур, обусловленной возникновением нелинейной динамики на границе твердая—жидкая фазы. При критических условиях она приводит к неустойчивости движения и бифуркациям, при которых рост кристаллов и затвердевание сплавов связано со сложными кооперативными процессами массо- и теплопереноса, течением жидкости, химическими реак- [c.226]

Так возникла нелинейная механика разрушения - дисциплина, более адекватно описывающая процессы разрушения. Ее возникновение было бы невозможно без новейших исследований поведения и свойств фрактальных структур, а также развития такой науки, как синергетика. Сийергетика изучает процессы эволюции и самоорганизации сложных систем Основное ее преимущество заключается в том, что принципы, выработанные синергетикой, мог т быть применимы к различным областям знания, и на ее основе можно применять методологию междисциплинарного подхода. [c.20]

Результаты исследований позволяют объяснить эффект безызнос-ности на основе законов неравновесной термодинамики и теории образования структур при неравновесных процессах. Согласно термодинамике неравновесных процессов новые структуры могут появляться в природе в тех случаях, ко1 да выполняются следующие четыре необходимых условия I) система является термодинамически открытой, т.е. может обмениваться веществом и (или) энергией со средой 2) динамические уравнения системы нелинейны 3) отклонение от равновесия превышает критическое значение 4) микроскопические процессы происходят коопе-рированно (согласованно) (59, 71] Названные условия могут быть реализованы в некоторых трибосистемах, которые при определенных условиях обладают свойствами открытых термодинамических систем, а микроскопические физико-химические процессы при трении происходят коопериропанно и ведут к возникновению и самоорганизации структур, связанных с производством отрицательной энтропии и увеличением упорядоченности системы. Установлено, что свойства открытой термодинамической системы и самоорганизация структур присуп и трибо-системам в условиях избирательного переноса при трении, [c.142]

Вопросы теории трения и изнашивания. Что трение является неравновесным термодинамическим процессом, известно давно, но только в последние годы установлено, что при глубокой неравно-весности и нелинейности возможна самоорганизация и образование структуры системы трения иного порядка, чем трение при граничной смазке. Таким образом, выявилась возможность работы при более совершенной системе, чем трение при граничной смазке, а одновременно и возможность суш.ествования разных (двух) систем трения — при граничной смазке и ИП. [c.41]

Развитие синергетики и фрактальной геометрии позволило расширить круг проблем, которые можно решать на основе подходов симметрии. Поведение нелинейных динамических систем и самоорганизация структур в условиях нелинейности непосредственно связаны с преобразованиями симметрии [64] и адаптации систем к внешнему воздействию. Привлечение закона преобразования симметрии к анализу адаптивности структуры к внешнему воздействию требует введения меры устойчивости структуры, нарушение которой приводит к нарушению симметрии. Такой универсальной мерой являются числа обобщенной золотой пропорции, В этой связи вновь вернемся к рассмотрению ряда чисел обобшенной золотой р-пропорции. [c.31]

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]

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НЕЛИНЕЙНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ПРОЦЕССОВ САМООРГАНИЗАЦИИ В РЕАКЦИОННЫХ, ТВЕРДОФАЗНЫХ И ТОПОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ [c.5]

Монография посвящена математическому моделированию тепломассообмена в сложных 1 ермогидрогазодинамических процессах в многокомпонентных струйных и пленочных течениях, описываемых нелинейными уравнениями переноса количества движения, вещества и энергии. Многокомпонентные струйные течения и тепломассообмен в них исследованы в различных режимах эжекционных, кавитационных, пульсационных, вихревых, свободно истекающих. Моделированием общею нелинейного параболического уравнения установлена закономерность возникновения самоорганизации, маломодового хаоса, многомодовой турбулентности. Приведены методы решения сложных нелинейных уравнений переноса в различных гидродинамических режимах. [c.2]

Случай проявления турбулентности при наличии нелинейной зависимости фазы (частоз ы) от амплитуды возмущения проиллюстрирован в работе (24 . Поскольку нерснективы применения закономерности, характеризующей самоорганизацию и турбулентность, широки как в настоящем, так и в будущем времени, эта закономерность но мере своего дальнейшего изучения позволит глубже понять разнообразные сложные явления в неживой и живой природе, [c.17]

Общая теория процессов самоорганизации в открытых сильно неравновесных системах развивается в нелинейной термодинамике на основе установленного Гленсдорфом и Пригожиным универсального критерия эволюции. Этот критерий является обобщением принципа минимального производства энтропии на нелинейные процессы и состоит в следующем. [c.30]

Переход трибосистемы из неравновесного термодинамически нелинейного состояния в стационарное равновесное связан с образованием диссипативной поверхностной структуры, происходящим в результате самоорганизации. Для реализации процесса самоорганизации необходимы соответствующие условия. Задача создания таких условий должна решаться при выборе и разработке материалов трибосистем для конкретных условий трения, выборе смазочных материалов, конструкции деталей узлов трения. Так, при разработке полимерных композиционных материалов для металлополимерных трибосистем предложен комплекс требований к составу, структуре и свойствам (табл. 1.1), обеспечивающий минимизацию накопления энтропии в трибосисте-ме [6]. [c.12]

В активных колебат. Н. с., в к-рых возможно одно-вреи. существование мн. мод (типов) колебаний с разл. частотами, получающих энергию от общего источника, возникает явление конкуренции мод, т. к. связь между модами порождает зависимость нелинейного затухания или усиления каждой из мод от интенсивности других. Конкуренция мод приводит к тому, что в итоге превалирует одна из них и колебания автогенератора происходят на соответствующей ей частоте. Если. моды равноправны и связь их взаимна, то устанавливается режим генерации моды, преобладавшей вначале. В таких Н. с., как, напр., лазер, конкуренция мод происходит и во времени, и в пространстве, что приводит, в частности, к установлению в пространственно-симметричном протяжённом автогенераторе несимметричных в пространстве распределений поля с преобладанием одной из встречных волн. Это один из простейших примеров самоорганизации в Н. с.— возникновение пространственного порядка из нач. беспорядка и образование сложных пространствевных структур в однородных (протяжённых) неравновесных Н. с. (физ., хим., биологических и т. п.). Примерами самоорганизации в Н. с. являются конвективные ячейки жидкости, подогреваемой снизу, волны горения, волны популяций в экологич. системах, волновые возбуждения в сердечной ткани. [c.314]

Наиб, интересные свойства О. с, выявляются при нелинейных процессах, когда в О. с. возможно осуществление термодинамически устойчивых неравновесных (в частном случае стационарных) состояний, далёких от состояния термодинамич, равновесия и характеризующихся определённой пространственной или временной упорядоченностью (структурой), к-рую наз. диссипативной, т. к. её существование требует непрерывного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Нелинейные процессы в О. с. и возможность образования диссипативных структур исследуют на основе ур-ний хим. кинетики баланса скоростей хим, реакций в системе со скоростями подачи реагирующих веществ и отвода продуктов реакций. Накопление в О. с, активных продуктов реакций или теплоты может привести к автоколебательному (самоподдерживающемуся) режиму реакций. Для этого необходимо, чтобы в системе реализовалась положительная обратная связь ускорение реакции под воздействием либо ее продукта (хим. автокатализ), либо теплоты, выделяющейся при реакции. Подобно тому как в колебат. контуре с положит, обратной связью возникают устойчивые саморегулирующиеся незатухающие колебания (автоколебания), в хим. О. с. с положит, обратной связью возникают незатухающие саморегулирующиеся хим. реакции, Автока-талитич. реакции могут привести к неустойчивости хим. процессов в однородной среде и к появлению у О. с. ста-ционарны.х состояний с упорядоченным в пространстве неоднородным распределением концентраций. В О. с. возможны также концентрац. волны сложного нелинейного характера (автоволны.). Теория О. с. представляет особый интерес для понимания физ.-хим. процессов, лежащих в основе жизни, т. к. живой организм — это устойчивая саморегулирующаяся О. с., обладающая высокой организацией как на молекулярном, так и на макроскопич. уровне. Подход к живым системам как к О. с., в к-рых протекают нелинейные хим. реакции, создаёт новые возможности для исследования процессов молекулярной самоорганизации на ранних этапах появления жизни. [c.488]

На протяжении всей книги, начиная с классификации и кончая проблемами синергетики при конструировании новых видов нано-, био-, жидкокристаллических и других композиционных материалов, мне хотелось показать паноралг представить богатство путей новых поисков, подчеркнуть мультидисциплинарность и нелинейность подхода к анализу свойств композитных систем. Развитие междисциплинарного подхода отражает потребность перейти на каком-то уровне развития науки от специализации и детализации к обобщению, синтезу, к выбору наиболее интересных и важных проблем из океана нашего Незнания. Синергетика, теория самоорганизации - это способ взглянуть на проблему открытых нелинейных систем по существу. Эт мысль хорошо отражает цитата из книги Новое в синергетике Чтобы быстрая и глубокая река не превратилась в мелкое озеро со стоячей водой, ей надо иметь берега. И, конечно, большое желание из этих берегов выйти . [c.178]

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]

В деформируемом твердом теле в процессе эволюции системы формируются открытые подсистемы и самоорганизуются диссипативные структуры, определяющие нелинейное поведение системы. Как уже отмечалось, открытую систему в пределе, когда потоки энергии или вещества стремятся к нулю, можно представить как замкнутую. Деформируемое тело в целом является замкнутой системой [10], для которой справедливы соответствующие начала термодинамики. Однако даже на стадии упругой деформации, вследствие существенного различия характерных времен релаксации энергии и импульса Хр атомов и структурных элементов деформируемого тела, избыточная энергия внешнего воздействия кумулируется в локализованных сильно неравновесных областях [10]. Последние образуют открытую, способную к самоорганизации подсистему. [c.119]

Вольфрамовая плющенка обладала свойствами, отличными от свойств исходной проволоки. Возможность обработки давлением хрупких металлов и сплавов путем наложения внешних импульсов энергии непосредственно связаны с усилением неравновесности системы и ее нелинейным поведением в очаге деформации. Оно обусловлено образованием промежуточного слоя (мезофазы) между обрабатываемым металлом и инструментом, обладающего свойствами, резко отличными от свойств самого деформируемого металла. Этот слой отвечает за самоорганизацию диссипативных структур, обеспечивающих минимизацию производства энтропии. [c.236]

Мартенситные превращения связаны с перестройкой кристаллической решетки и совершаются путем кооперативного движения атомов. Теоретические исследования у—а мартенситных превращений проводятся с использованием кристаллогеометрического, термодинамического и волнового подходов. Однако только волновой подход способен описать динамику у—а мартенситных превращений. Это направление связано с работами Кащенко [395], развившим волновую модель роста мартенсита при у—а-превращении в сплавах на основе железа. Модель базируется на экспериментальных данных, показывающих, что скорость торцевого роста кристаллов инвариантна к температуре, близка по порядку величины к скорости звука и, возможно, превышает скорость распространения продольных упругих волн. Это указывает на нелинейный характер волнового процесса и его адиабатичность. Сочетание этих факторов с переохлаждением (ЛТ = 200К ниже температуры Tq равновесия фаз), значительными тепловым и объемным эффектами превращения приводят к большим градиентам температуры и химического потенциала электронов в меж-фазной области. Это показывает, что у—а мартенситные превращения — сильно неравновесные процессы с характерными признаками самоорганизации структур. [c.248]

Смотреть страницы где упоминается термин НЕЛИНЕЙНОСТЬ И САМООРГАНИЗАЦИЯ : [c.317] [c.318] [c.320] [c.322] [c.324] [c.326] [c.328] [c.330] [c.332] [c.334] [c.336] [c.338] [c.62] [c.221] [c.342] [c.3] [c.387] [c.489] [c.32] [c.227] [c.44] [c.536] [c.555] [c.408]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...