Powered by Indico
v3.2.8
Заседания Школы будут проходить в актовом зале Института механики сплошных сред УрО РАН по адресу: ул. Академика Королева, д. 1 ауд. 304
Для участия в конференции в режиме онлайн пройдите по ссылке
https://bbb.icmm.ru/conf/pfu-s1a-ae6-bis
Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук объявляет о проведении 28-29 ноября 2024 г. Шестой школы молодых ученых «Мониторинг природных и техногенных систем», которая организуется при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках выполнения проекта № 19-77-30008-П.
Проведение Школы планируется в комбинированном формате: очно и дистанционно с использованием телеконференционных технологий.
Программа Школы, включающая лекции ведущих российских специалистов и мастер-классы по работе с современным экспериментальным оборудованием, размещена на сайте https://conf.icmm.ru/e/mnts-2024 и в данном сообщении.
Регистраций участников осуществляется на сайте Школы по адресу https://conf.icmm.ru/e/mnts-2024 до 25 ноября 2024 г.
Организационный взнос для участников не предусмотрен.
Школа проводится в г. Перми на базе ПФИЦ УрО РАН с проживанием в гостиницах города, сведения о которых можно найти по электронному адресу http://hotel.perm.ru/. Онлайн-карта города доступна на сайте http://perm.2gis.ru/
Информация о дистанционном участии и точный адрес проведения Школы будут высланы зарегистрированным участникам позднее.
24 ноября 2024 г. – третье информационное сообщение, содержащее программу работы Школы
до 25 ноября 2024 г. – регистрация участников Школы
ПФИЦ УрО РАН
Ул. Академика Королева, д. 1
Ответственный секретарь
Юрлова Наталия Алексеевна
mnts@icmm.ru
тел. +7 (342) 237 83 20
Оперативную информацию о Школе можно найти на сайте: https://conf.icmm.ru/e/mnts-2024
В рамках лекции планируется рассмотреть на примере крупнейшего в Европе Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей возможности разведочной геофизики при мониторинге состояния водозащитной толщи. В условиях ВКМКС обосновано использование сейсмоакустических, гравиметрических и электрометрических методов разведочной геофизики и сейсмологического контроля. Применяются наземные, подземные и наземно-подземные модификации. Основным геофизическим методом контроля состояния подработанного горного массива являются мониторинговые наземные сейсморазведочные работы с последующей геомеханической интерпретацией. Дополнительно в комплексе с сейсморазведочными мониторинговыми работами на отдельных участках выполняется наземная электроразведка. В отдельных случаях как дополнительный метод контроля изменения состояния горного массива применяются гравиметрические работы.
В лекции будет дан обзор исследований многофазных течений, связанных с закачкой парниковых газов (CO2) в проницаемые пласты. В рамках таких исследований, проводящихся в лаборатории Общей гидромеханики НИИ механики МГУ, решены автомодельные задачи, описывающие процессы в призабойной зоне скважины на начальном этапе нагнетания газа. В явном виде получено соотношение для скин-фактора газовой скважины, вызванного отложением солей при испарении воды. Для поздних этапов закачки газа определены критерии подобия, характеризующие максимальное расстояние распространения газа от скважины в наклоненном пласте и эффективность размещения газа. Показано, что размер области пласта, загрязненной газом, зависит от двух параметров подобия. Исследована перспективность закачки СО2 в подземные хранилища природного газа с целью замещения буферного газа сверхкритическим СО2. Выполнено трехмерное моделирование в рамках расчета фильтрации смеси H2 O–CO2 –CH4. Предложены методы определения наиболее эффективных и рентабельных режимов применения газовых методов увеличения нефтеотдачи, предполагающих использование CO2 в качестве вытесняющего нефть газа.
В настоящее время инструментальные методы неразрушающего контроля (НК) с оценкой ресурса эксплуатации композитных материалов (КМ) представлены достаточно слабо.
Это обусловлено практическим отсутствием технологий НК для обнаружения «неявных» дефектов в КМ, проявляющихся в процессе воздействия нагрузок («сомкнутые» трещины, расслоения и т.п.), выделения «критичных» дефектов, влияющих на функционирования изделий, оценки ресурса на основе НК и т.п.
В настоящем докладе представлены некоторые направления развития интегральных аппаратно-программных средств и методов неразрушающего контроля КМ для обеспечения их качества и оценки ресурса эксплуатации.
Решаются задачи: выделение «критичных» дефектов, оценка характеристик «минимального» дефекта для настройки приборов неразрушающего контроля по анализу реальных дефектов материала, метрологическая аттестация технологий НК, обнаружения неявных (скрытых) дефектов, не выявляемых традиционными методами, выявление, обнаружение областей концентраторов внутренних напряжений, измерение толщины диэлектрических покрытий и др.
На основе оригинальных работ автора излагаются кардинальные вопросы построения нуль-мерных, одномерных, двумерных и трехмерных математических моделей физических процессов проветривания в многосвязанной системе подземных горных выработок разных аэродинамических типов, необходимых для создания виртуального «цифрового двойника» рудничной атмосферы. Показаны различия моделирования в «элементе» текущей среды, в отдельных горных выработках, в руднике в целом, в том числе с целью мониторинга. Затронуты вопросы моделирования турбулентности, а также основных процессов рудничного проветривания – вытеснения (адвективного переноса) и смешения (вихревой диффузии). Рассмотрен метод автономизации (расщепления), позволяющий эффективно решать краевые задачи тепломассопереноса, определенные на ориентированных графах. Показана необходимость изменения действующей парадигмы проветривания и перехода на идеи «бережливого проветривания».
С целью увеличения объемов добычи калийной руды добывающие предприятия внедряют максимально высокопроизводительные добычные комбайны. При этом работа высокопроизводительного оборудования приводит к увеличению количества вредных примесей, выделяемых в атмосферу горных выработок при разрушении массива горных пород. Пыль, образующаяся при отбойке, транспортировке, подъёме полезного ископаемого является одной из таких «вредностей».
Борьба с калийной пылью обладает рядом особенностей не позволяющих использовать классические методы. Это диктует необходимость использования нового подхода, направленного не столько на подавление пылевого облака сколько на управление пылевой обстановкой.
В рамках данного подхода управление пылевой обстановкой связано с зонированием воздушного пространства. Предлагается зонировать пространство отдельного тупикового комбайновые забоя. При этом появляется возможность обеспечить вытеснение загрязненного воздуха из одной зоны в другую, без достижения ПДК во всем объеме рабочей зоны. Т.е. предлагается не пытаться снизить концентрацию пыли во всем объёме рабочей зоны (к тому же это физически невозможно), а выделить зоны, в которых большую часть времени находятся машинист комбайна и самоходного вагона и поддерживать в них минимально возможную концентрацию пыли. Реализовать предложенный подход позволит использование механизма вытеснения, который в свою очередь реализуется при всасывающем проветривании. При этом применение механизма вытеснения, позволяет не допустить скоплений опасных концентраций горючих и ядовитых газов.
На примере Старобинского месторождения показано геомеханическое сопровождение спутникового мониторинга. Выполнено сопоставление результатов математического моделирования динамики сдвижения земной поверхности в процессе подвигания очистного забоя лавы с данными радарной интерферометрии. Использованная геомеханическая модель учитывала основные особенности строения подработанного массива, а также обрушение пород кровли отрабатываемого пласта с заполнением ими выработанного пространства лавы. Математическое моделирование осуществлялось в упруго-пластической постановке с численной реализацией методом конечных элементов.
Сравнение результатов математического моделирования с данными спутниковой
радарной интерферометрии показало хорошую пространственную корреляция областей максимальных оседаний и согласование вида формируемых мульд сдвижения.
Выполненный анализ свидетельствует об адекватности математического описания
процесса деформирования породного массива при отработке калийных руд.
Показана возможность восстановления и прогноза оседаний земной поверхности на интервалы времени, где отсутствуют данные радарной интерферометрии. Качественная радарная съемка позволяет выполнить калибровку геомеханической модели, верификацию результатов геомеханического сопровождения, а при необходимости внести уточнения в математическую модель напряженно-деформированного состояния подработанного массива.
Экспериментальное исследование процессов тепломассопереноса в наклонных горных выработках в шахтных условия практически невозможно. В первую очередь из-за стихийности процесса возникновения очага возгорания и как следствие невозможности заранее разместить измерительное оборудование в месте пожара. Во-вторых воздействие высоких температур которые характеризуют подземные пожары накладывает серьёзные ограничение ни только на пребывание человека в подземной части рудника, но и на измерительные приборы, которые могут быть использованы в ходе измерения.
Одним из инструментов позволяющих провести анализ процессов тепломассопереноса наклонной выработке при возвратных и частично-возвратных течениях, вызванных тепловой депрессией с учетом изменяемых характеристик исследуемого объекта является физическое моделирование.
В докладе рассмотрены особенности разработки и реализации испытательного
аэродинамического стенда с точки зрения соблюдения условий подобия процессов тепломассопереноса между лабораторным стендом и реальными условиями в шахте.
В лекции рассматриваются примеры возникновения техногенной сейсмичности, связанной с воздействием на подземные флюидные системы, даются понятия о моделях появления сейсмических событий при закачке жидкости, приводятся примеры результатов численного моделирования, лабораторных и натурных экспериментов по изучению индуцированных сейсмических событий. Измеение порового давления жидкости описывается в рамках пороупругости. В качестве модели, описывающей движение по тектоническим разломам, выбрана модель rate-and-state, которая предполагает зависимость коэффициента трения от скорости перемещения берегов разломов и может использоваться для описания как несейсмичной, так и сейсмичной фаз скольжения. Рассматривается также возможность оценки фильтрационных свойств неоднородных коллекторов по данным об эволюции микросейсмичности с использованием методов машинного обучения.
В лекции будет рассмотрена эволюция теоретических представлений о пороупругом отклике флюидонасыщенной среды на прохождение сейсмических волн. Отдельный акцент будет сделан на несоответствии современных теоретических представлений и данных комплексного скважинного мониторинга, и, соответственно, обобщении известных эмпирических соотношений. На конкретном примере мониторинга резервуара сброса сточных вод Арбакл (Оклахома, США) будет продемонстрирована возможность оценки параметров трещиноватости в районе крупной разломной зоны по данным о пороупругом отклике среды на прохождение сейсмических волн от удаленных сильных землетрясений.
Достоверное измерение деформаций в различных участках контролируемой конструкции является важной задачей при создании систем мониторинга
механического состояния. Для решения данной задачи большой потенциал имеют волоконно-оптические датчики (ВОД) благодаря малым размерам, высокой чувствительности, возможности внедрения в различные материалы на этапе их изготовления. Среди ВОД набирают распространение распределенные ВОД на основе рэлеевского рассеяния, открывающие возможности для точного измерения градиентных полей деформаций с высоким пространственным разрешением. Данный тип ВОД позволяет проводить измерения деформаций в сотнях точек на протяжении тестируемого оптического волокна.
В отличие от точечных ВОД на основе волоконных брэгговских решеток, для которых длина измерительного участка фиксирована, для распределенных ВОД на основе рэлеевского рассеяния возможен выбор оптимальной для конкретного распределения деформаций базы датчика, что позволяет увеличить точность измерения деформаций, в особенности для существенно неоднородного типа распределения деформаций.
В рамках мастер-класса будут продемонстрированы особенности измерения деформаций с
помощью распределенных ВОД на основе рэлеевского рассеяния, связанные с выбором
базы датчика, диапазона длин волн сканирования, наличием в тестируемом оптическом
волокне волоконной брэгговской решетки.
Последние годы методы машинного обучения все шире применяются в механике материалов, позволяя эффективно преодолевать узкие места классических теоретических подходов, повышая точность и общность моделей и уменьшая время вычислений. Лекция посвящена двум аспектам машинного обучения в механике материалов, а именно применению искусственных нейронных сетей для построения моделей пластичности и разрушения, а также использованию статистических методов параметризации классических моделей в виде аналитических соотношений или дифференциальных уравнений. Рассматривается применение сетей прямого распространения и рекуррентных нейронных сетей для описания упругопластического поведения и разрушения, включая уравнение состояния, пороги нуклеации дефектов, поверхности текучести и определяющее уравнение в целом. Рассматривается статистический байесовский алгоритм оптимизации параметров (обучения) моделей, в том числе с использованием эмуляторов модели. Показывается эффективность гибридных моделей материалов, сочетающих искусственные нейронные сети и «обученные» по наборам данных части в виде дифференциальных по времени уравнений.
Математическое моделирование в технических системах является актуальнейшим направлением в научном и технологическом развитии любого государства, которое стремится занять лидирующие позиции в современном мире. Одной из центральных задач моделирования динамики является задача изучения переходных процессов и предельного поведения системы, когда необходимо выявить все устойчивые колебательные режимы (задача мультиустойчивости - выявление в фазовом пространстве всех аттракторов и оценка бассейнов их притяжения) или доказать отсутствие нетривиальных колебаний (задача глобальной устойчивости - выделения областей в пространстве параметров, для которых все траектории в фазовом пространстве притягиваются к стационарному множеству при различных дополнительных требованиях к переходным процессам). В мультиусточивых системах, особенно при наличии скрытых аттракторов, можно наблюдать неожиданные переключения состояния системы к нежелательным аттракторам. Такие переключения могут приводить к катастрофическим последствиям - неожиданным изменениям климата, финансовым кризисам, выходу из строя инженерных устройств и техногенным катастрофам.
Приводится структура пакета Фидесис. Отмечается, что в пакете Фидесис впервые в мире на промышленном уровне кроме метода конечных элементов (МКЭ) используется метод спектральных элементов (МСЭ). Отмечаются его преимущества перед МКЭ, включая возможность анализа сеточной сходимости без перестроения сетки, возможность использовать криволинейные элементы с переменным порядком аппроксимации, возможность решать задачи с геометрическими дефектами (зазоры/нахлесты) между деталями в составных CAD-моделях.
Кратко обсуждаются возможности использования пакета Фидесис с привлечением
технологий искусственного интеллекта.
Приводятся основы теории многократного наложения больших деформаций,
реализованной в пакете Фидесис и позволяющей решать задачи с преднагружением и многошаговым нагружением с изменением свойств материала, топологии тела и граничных условий между шагами, включая случаи закритических сценариев нагружения.
Отдельно кратко приводятся результаты расчета для математической модели нефтегазового месторождения в Западной Сибири и результаты полноволнового
сейсмическое моделирования с использованием ресурсов суперкомпьютера МГУ270.
Отмечается, что такое моделирование осуществлено впервые в мире. Для численного моделирования распространения упругих волн использовался МСЭ вплоть до 10го порядка аппроксимации по пространству, что совокупно составило около 15 млрд. степеней свободы в математической модели. Учитываются все типы волн, возникающих в трехмерной среде: продольные, поперечные, поверхностные, обменные, дифрагированные.
Указывается, что использование МКЭ в этом случае невозможно. Для имитации реальной полевой сейсморазведки в рамках цифрового двойника месторождения необходимо было выполнить около 12000 расчетов для различных положений источника упругих волн (пунктов взрыва), что обусловило значительную вычислительную сложность задачи. Для ее решения на исследовательском уровне был создан модуль пакета Фидесис на основе массивно-параллельной реализации численного алгоритма на гибридных вычислительных платформах на основе графических процессоров.
Обсуждается возможность с привлечением технологий искусственного интеллекта
создания инструментария для решения обратных задач сейсмики.
Предлагаются слушателям различные варианты участия в развитии пакета Фидесис.
Одно из направлений прикладных исследований Института механики сплошных сред УрО РАН – разработка автоматизированных систем мониторинга деформационных процессов в инженерных и строительных конструкциях. Основное предназначение таких систем – обеспечение безопасной эксплуатации конструкций в течение длительного времени.
Разработка подобных систем является многодисциплинарным проектом, требующим применения современных достижений в различных областях науки:
− информационные технологии для сбора, анализа, обработки, визуализации данных мониторинга;
− математические методы для создания цифрового аналога объекта мониторинга и моделирования его поведения в различных условиях нагружения;
− разработка физических соотношений для описания поведения различных конструкционных материалов (в особенности, при предельных, критических нагрузках).
− разработка эффективных способов регистрации деформационных параметров, характеризующих состояние здоровья конструкции и позволяющих оценивать вероятность развития критических сценариев.
− разработка периферийных аппаратных средств, позволяющих осуществлять сбор и передачу информации от первичных датчиков в центр компьютерной обработки и анализа данных.
Для эффективной отработки всех обозначенных задач был разработан и создан
экспериментальный стенд для исследования деформационных процессов инженерных конструкциях. Стенд позволяет исследовать поведение крупномасштабных модельных конструкций при статическом и динамическом нагружении и наблюдать широкий спектр деформационных процессов от упругого деформирования до полного разрушения объекта. Эксперименты на стенде нацелены на поиск предвестников появления критических деформационных процессов и прогнозирование динамики их развития.
На основе многолетнего опыта исследований был разработан и создан ряд авторских систем автоматизированного мониторинга, нашедших применение на реальных объектах:
− Система контроля целостности трубопровода на участке магистрального газопровода длиной 3 км (Пермский край, 2008г.);
− Система контроля целостности несущих конструкций коммунального моста через р. Кама (г. Пермь, 1996);
− Система контроля деформационного состояния 5-этажного жилого дома, расположенного в карстовоопасном районе (г. Кунгур, 2009);
− Система контроля деформационных процессов, реализовавшихся при реконструкции и эксплуатации торгово-развлекательного комплекса «Семья» (г. Пермь, 2011-2024 гг.)
− Система мониторинга деформационных процессов в элементах надшахтного здания скипового ствола с копром на территории горно-обогатительного комплекса (г. Петриков, Беларусь, 2020-2024 г.г.)
− Распределенная система мониторинга, синхронно контролирующая деформационные процессы в 38 многоэтажных жилых и общественных зданиях, расположенных на территории, подверженной влиянию подземных горных выработок (г. Березники, 2014-2024 г.г.).
Многолетнее использование разработанных систем автоматизированного мониторинга продемонстрировало их экономичность и надежность. Их применение позволяет оценивать безопасность конструкции и прогнозировать возможность возникновения и развития критических сценариев, приводящих к опасным изменениям в состоянии конструкций и их разрушению.