Введение к работе
Актуальность темы. Сложные материалы, являющиеся многокомпонентными физико-химическими системами (МКС), обладают определенным набором физико-химических свойств в зависимости от способа получения, элементного и фазового состава. В связи с увеличением требований к комплексу заданных свойств материалов, их получение является актуальной проблемой на современном этапе развития техники.
Изучение многокомпонентных взаимных систем является малоисследованной областью физико-химического анализа. В настоящее время их изучение приобретает важное значение, так как позволяет разработать технологии для проведения синтеза веществ заданного состава и композиций с необходимыми свойствами. Исследователю для синтеза необходимо выбрать исходные вещества и предусмотреть условия, в которых будут проходить превращение одних фаз в другие. Экспериментальный подбор условий синтеза и условий выделения и очистки интересующего исследователя вещества - препаративный путь – дело крайне трудоемкое. Поэтому особое значение приобретает вопрос моделирования фазовых комплексов с разнообразным видом химического взаимодействия: наличием реакций обмена, комплексообразования, твердых растворов с учетом их взаимовлияния и взаимодействия.
Вопросам моделирования фазовых превращений в МКС уделяется большое внимание, так как с ростом количества компонентов физико-химической системы трудности ее экспериментального изучения растут в геометрической прогрессии. Следовательно, разумным подходом является разработка предварительных алгоритмов исследования, которые позволили бы максимально сузить область экспериментального исследования.
В диссертационной работе предлагается использовать гомеостатическую концепцию построения моделей физико-химических систем для разработки алгоритмов оптимизации и автоматизации ряда процедур комплексной методологии исследования МКС.
Цель работы. Основной целью данной работы является создание методологии построения моделей физико-химических многокомпонентных систем с различными типами химического взаимодействия и разработки автоматизированного комплекса, реализующего алгоритмы дифференциации и формирования древ фаз.
Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью были поставлены следующие задачи применительно к топологии МКС:
- проанализировать существующие алгоритмы и методы исследования;
- рассмотреть возможность построения моделей МКС с использованием средств системного анализа (в частности, гомеостатической концепции моделирования);
- разработать методику построения моделей физико-химических многокомпонентных систем с использованием аппарата теории графов;
- разработать алгоритм декомпозиции графа системной модели на подграфы заданных типов;
- разработать программный комплекс, позволяющий автоматизировать исследование МКС;
- сформировать модели древа фаз реальных МКС, с различными типами химического взаимодействия, с экспериментальной идентификацией;
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы физико-химического анализа, системного анализа, топологии, теории графов, булевой алгебры и др.
Научная новизна:
- развитие теории построения древ фаз реальных МКС с различными типами химического взаимодействия;
- предложено использование гомеостатической концепции моделирования систем для построения моделей многокомпонентных физико-химических систем с разнообразным видом химического взаимодействия;
- разработан полный оригинальный алгоритм дифференциации много-
компонентных систем с различными типами химического взаимодействия на составляющие - фазовые единичные блоки;
- разработан автоматизированный комплекс дифференциации и построения древ фаз МКС с различными типами химического взаимодействия;
- впервые с помощью компьютерных технологий осуществлено моделирование и идентификация ряда МКС с реакциями обмена, комплексообразованием и твердыми растворами, входящими в комплекс Li, Na, K, Ca, Ba // F, Cl, SO4, NO3, MoO4, WO4.
На защиту выносятся:
- развитие теории построения древ фаз реальных МКС с различными типами химического взаимодействия;
- принцип построения системной модели МКС на графах;
- алгоритм дифференциации многокомпонентных систем с различными типами химического взаимодействия и наличием твердых растворов на составляющие - фазовые единичные блоки;
- программный комплекс, позволяющий моделировать элементы фазового комплекса многокомпонентных систем.
Практическая ценность. Использование разработанных алгоритмов и программного комплекса, реализующего указанные алгоритмы, значительно сократит время для исследования многокомпонентных систем, что позволяет повысить производительность труда при разработке и создании новых материалов с регламентированными свойствами, без затрат большого количества дорогих химических веществ.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на: научных семинарах УНЦ «Азот», СКБ «СИМВОЛ» (2001-2005 г.г.); Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука, технологии, инновации», Новосибирск (2003г.); Всероссийской научно - практической конференции «Компьютерные технологии в науке, практике и образовании», г. Самара (2004-2006 гг.); Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электроника и энергетика», г. Москва (2004г.); научных семинарах кафедры «Прикладная математика и информатика» СамГТУ, г. Самара (2004г.); Международных конференциях молодых учёных «Актуальные проблемы современной науки», г. Самара (2001 – 2004гг.); 1-м Международном форуме «Актуальные проблемы современной науки», г. Самара (2005-2006гг.); конференции XXII всероссийского открытого конкурса научно-исследовательских и творческих работ обучающихся «Национальное Достояние России», г. Непецино (2007г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 29 работ в научно – технических журналах и трудах конференций, в т.ч. журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 187 листах текста и состоит из введения, шести глав, выводов, списка сокращений, списка литературы из 118 наименований, содержит 68 рисунков, 54 таблицы и 4 приложения.
