Введение. Производство цемента генерирует около 8 % антропогенных выбросов CO₂, ежегодные потери от сульфатной коррозии — 2–4 % ВВП [1]. Исследования подтвердили влияние SiO₂ и добавок на сульфатостойкость многокомпонентных цементов (МКЦ), однако нет количественных моделей с высоким SiO₂ и единого мнения о действии отдельных добавок. Отсутствие долгосрочных полевых экспериментов препятствует решению проблемы опытным путем. Представленная работа восполняет эти пробелы. Цель исследования — создать прогнозные модели для обоснования оптимального состава МКЦ по сульфатостойкости и экологичности. Задачи: обобщение данных по составам МКЦ, ANOVA¹, регрессионный анализ, построение и валидация моделей.

Материалы и методы. Источники тематически структурировали и проанализировали. Провели опыты с восемью составами согласно патенту RU 2079458 C1, ГОСТ 310.1.76 и ГОСТ 310.4.81. Выборку сгруппировали по уровням SiO₂. Для моделирования зависимости сульфатостойкости и самонапряжения от SiO₂ использовали ANOVA и линейную регрессию.

Результаты исследования. Доказана статистическая значимость влияния SiO₂ на сульфатостойкость и прочность МКЦ (F = 248,6795, p = 3,5612e-25). Регрессионная модель (Sr = 6,2644 + 0,08 ∙ SiO₂, R² = 0,983) демонстрирует линейную зависимость сульфатостойкости (8,04–9,62 усл. ед.) от содержания SiO₂ (21–44 %). При SiO₂ > 22 % следует добавлять пуццоланы для компенсации снижения прочности на ранних стадиях твердения. Прочность на сжатие — 35,0–44,0 МПа. Уменьшение C₃A до ≤8 % повышает сульфатостойкость. Введение вяжущего 50 % гранулированного шлака оптимизирует структуру цемента и сокращает углеродный след на 27,5 % (до 388,2 кг CO₂/т). Увеличение кремнезема в составе:

• на 22,15–28 % усиливает сульфатостойкость на 0,468 единицы;
• на 37–40 % — 6,2644;
• 42 % — 9,6244.

Обсуждение. 98,3 % вариации сульфатостойкости объясняется изменениями содержания диоксида кремния. Модель устойчива при увеличении числа наблюдений (скорректированный R₂ = 0,981). F-статистика свидетельствует о высокой статистической значимости модели. Доказаны нормальное распределение остатков и высокая точность оценки коэффициентов. Ограничения ГОСТ 22266–2013 для добавок в составе цементов устарели. Новый подход позволит повысить долговечность цемента в сульфатных средах, сократить производственные затраты на 30–50 %, выбросы CO₂ — на 27,5 %. Можно выбрать состав бетона в зависимости от экономических или экологических приоритетов.

Заключение. Содержание SiO₂ — ключевой фактор повышения сульфатостойкости. Этот подход создает новую методологическую перспективу, т. к. преодолевает недостатки ГОСТа. Вариации состава шлаков и отсутствие термической активации могут ограничивать воспроизводимость модели, что требует дальнейших исследований.

¹ От англ. analysis of variance — дисперсионный анализ.

Введение. Исследователи из Южного научного центра РАН путем натурных измерений неоднократно фиксировали обильные «цветения» микроводорослей в Таганрогском заливе. В связи с уменьшением биоразнообразия и ухудшением качества вод Азовского моря вследствие сокращения пресноводного стока, повышения температуры воды и увеличенного притока биогенных веществ риск развития токсичных фитопланктонных популяций еще больше возрастает, что непосредственно угрожает всей экосистеме, экономике региона и здоровью местного населения. Повышение среднегодовой температуры, увеличение объема поступлений соединений азота и фосфора как последствий урбанизации и деятельности сельскохозяйственных предприятий приводят к ускоренному росту цианобактерий, которое сопровождается обильным цветением и потенциальной токсичностью, особенно в Таганрогском заливе. В настоящее время, чтобы отслеживать изменения концентрации фитопланктонных популяций, используются модели на уровне лаг-процедур и реактивных норм. Однако применение их в условиях Азовского моря требует учета специфики перепадов глубин, солености и сезонных характеристик, то есть комплексного подхода к определению концентрации вредного планктона. В связи с этим целью данного исследования является построение среднесрочных прогнозов развития цианобактерий с использованием комплексного подхода к определению концентрации планктона, основанного на применении методов математического моделирования.

Материалы и методы. Прогнозирование динамики фитопланктонных популяций осуществлялось на основе трехмерной нестационарной математической модели, основанной на системе нестационарных уравнений в частных производных с нелинейными функциями источников. Входными данными для модели являлись значения компонент вектора водного потока, полученные на основе модели гидродинамики, а показатели солености, температуры, концентрации биогенных веществ и фитопланктонных популяций взяты из результатов многолетних наблюдений. Разностная аппроксимация модели выполнена на основе явно-неявных схем расщепления. Для построения трехмерной области вычислений использовался метод интерполяции значений глубин. Также этот метод применен для интерполяции значений солености и температуры по картографической информации.

Результаты исследования. В ходе численного эксперимента, проведенного с учетом влияния солености и температуры, лимитирования биогенными веществами фитопланктонных популяций получены трехмерные изображения распределения цианобактерий и зеленых водорослей в Таганрогском заливе в вегетационный период. Результатом применения метода интерполяции стали достаточно гладкие в точках склейки карты глубин, распределения солености и температуры, которые являются входными данными для разработанной модели по определению динамики концентрации вредоносных видов фитопланктона.

Обсуждение. Представленная в работе математическая модель динамики фитопланктонных популяций учитывает условия развития синезеленых и зеленых водорослей, оказываемое на них влияние со стороны окружающей среды. Она позволяет получать трехмерное изображение распределения планктона и дает возможность определять ареал распространения синезеленых и зеленых водорослей в Таганрогском заливе и в Азовском море.

Заключение. Описанные математическая модель и методы математического моделирования встроены в программный комплекс, что дает возможность моделировать и прогнозировать все изменения, которые происходят и будут происходить в водах Таганрогского залива. Это, несомненно, будет способствовать принятию обоснованных решений в деле дальнейшего развития акватории Азовского моря.

Введение. В современных условиях обеспечение пожарной безопасности — одна из приоритетных задач государственного управления во многих странах. Проблемы организации профессиональной пожарной охраны частично решаются за счёт института добровольных пожарных как в России, так и за рубежом. Трудности функционирования добровольных пожарных обществ во многом сходны, независимо от уровня социально-экономического развития территории. В Российской Федерации сохраняются заметные диспропорции в обеспечении пожарной безопасности, особенно в небольших и удалённых населённых пунктах, где содержание профессиональной пожарной охраны экономически затратно. Между тем принцип равной доступности и равного качества социальных услуг остаётся ключевым в государственной и региональной политике. Значительная роль в системе пожарной безопасности отводится добровольным пожарным формированиям. На практике одной из серьёзных проблем является недостаток информированности и низкая мотивация граждан к участию в добровольной пожарной охране и поддержке развития этого института. Цель исследования — изучить роль добровольных пожарных обществ (далее ДПО), проанализировать особенности их деятельности за рубежом с целью выявления общих практик и оценить восприятие данного института населением.

Материалы и методы. Исследование включало две взаимосвязанные части. Сначала проведён обзор источников, посвящённых роли добровольных пожарных в зарубежных странах, и анализ функционирования добровольных пожарных обществ в Российской Федерации. Во второй части выполнено социологическое обследование с последующей обработкой полученных данных. Обработка ответов предполагала агрегирование материалов и выявление причинно-мотивирующих факторов, формирующих позиции респондентов. Для региональной части исследования проанализированы статистические данные о деятельности добровольных пожарных обществ и динамике численности добровольцев с целью оценки вклада добровольных пожарных обществ в систему обеспечения пожарной безопасности.

Результаты исследования. Установлено, что институт добровольных пожарных широко распространён в системе пожаротушения как в России, так и за рубежом. Подходы к организации, финансированию и материальному стимулированию добровольцев в разных странах содержат как общие черты, так и специфические различия, в том числе в восприятии института населением. Зафиксирован рост числа филиалов ВДПО и увеличившееся участие подразделений ДПО в тушении пожаров в России, что свидетельствует об актуальности и эффективности их деятельности. Анализ распределения числа пожаров по участвующим в тушении субъектам показал ежегодное увеличение доли добровольных пожарных. Вместе с тем в Удмуртской Республике наблюдается сокращение общей численности добровольцев. По данным социологического опроса, подавляющее большинство респондентов не готовы вступать в добровольную пожарную охрану или активно содействовать развитию института.

Обсуждение. Работа подтверждает востребованность и социальную значимость добровольных пожарных как в России, так и за рубежом. Одновременно выявлены системные проблемы как на национальном, так и на региональном уровнях в организации деятельности ДПО. Наблюдается невысокая готовность населения вступать в ряды добровольцев; определены основные барьеры, препятствующие участию. Анализ позволил выделить мотивы и условия, при которых респонденты готовы принимать участие в деятельности ДПО. Полученные результаты указывают на необходимость комплексного подхода к повышению статуса добровольного пожарного и разработки мер, повышающих привлекательность этой деятельности для молодёжи.

Заключение. Исследование подтверждают важную роль добровольных пожарных в обеспечении пожарной безопасности в исследуемой предметной области как в России, так и за рубежом. Обзор показал, что ключевые проблемы организации ДПО являются сопоставимыми для большинства государств; эти выводы поддерживаются результатами анализа. В числе основных результатов — данные о динамике численности добровольных пожарных в регионе и факторы, определяющие мотивацию населения к участию в деятельности ДПО. Практическая значимость работы заключается в возможности использования её результатов для прогнозирования и разработки мероприятий по привлечению добровольцев. Дальнейшие исследования будут направлены на разработку механизмов популяризации и повышения привлекательности деятельности добровольных пожарных.

Введение. Игнорирование системной природы водохранилища обусловливает неэффективные и деструктивные управленческие решения. Однако изучение таких объектов часто фокусируются именно на отдельных факторах. Прогнозный потенциал графовых моделей для этих целей ограничивается дефицитом экспертной информации и устаревающей базой индикаторов. Представленная работа призвана восполнить эти пробелы.
Цель — оценка эффективности мероприятий по улучшению состояния Цимлянского водохранилища. Основа решения — авторская графовая модель взаимодействия антропогенных и биотических характеристик объекта.

Материалы и методы. Анализировались литературные источники, информация о гидробиохимии и видовом составе рыб. В модели учли 20 факторов состояния Цимлянского водохранилища. Анализ гидробиологии позволил составить граф G(V, E, Y). V — множество вершин, v_k ∊ V, k = 1̅, ̅2̅0. E — множество ориентированных ребер e_k = (v_i, v_j) в виде упорядоченных пар длины 2, i ≠ j. Y — отображение, Y : V → V. Матрицу весов построили по интегральной оценке экспертов для каждого фактора. Весовые коэффициенты (±0,5–±1) рассчитали по информационной базе гидробиологических и химических данных.

Результаты исследования. Выяснили, как повлияет на объект устранение дрейссены при однократной очистке (1-й сценарий) и трехлетней (2-й). Визуализировали динамику импульсов для состояния воды (v₁₅) и изменения концентрации биовеществ (v₁₈). В первом сценарии для первого фактора максимальный импульс (0,5) фиксируется с 3-го года воздействия, минимальный (0) — в течение 1-го. Для второго фактора за 3-й год импульс увеличивается с минимума (–0,5) до максимума (0,25). Во втором сценарии оба фактора не меняются в 1-й год. Затем импульс для v₁₅ растет (до 0,75), v₁₈ падает во 2-й год до –0,5, а потом увеличивается до –0,25.

Оценили воспроизводство леща при подкорме v₅ в течение года (3-й сценарий) и пяти лет (4-й). Учитывалось состояние нерестовой рыбы v₁, пополнение молоди v₂, промысел v₇, эвтрофикация v₁₄. Два года остаются нулевыми импульсы v₂, v₇ и v₁₄. Затем v₂ и v₇ растут до единицы, в 4-й год падают до нуля. Импульс эвтрофикации падает до –1, к концу 4-го года возвращается к нулю. При пятилетнем подкорме импульс v₁ падает до –1 в 1-й год, v₁₄ — в 3-й, и его значение не меняется, а v₁ возвращается к 0 на 5-й год моделирования. Импульс для v₂ и v₇ за три года растет с нуля до единицы.

Обсуждение. Ежегодная очистка водоема от дрейссены более эффективна для улучшения состояния воды и менее — для концентрации биогенных веществ. Единоразовая подкормка повысит поголовье молоди и промысел. Эвтрофикация сократится, однако устойчивых результатов не будет. Ежегодный подкорм увеличит поголовье молоди, сократит эвтрофикацию и обусловит развитие промысла.

Заключение. Предложенное решение позволяет прогнозировать пользу или вред антропогенных воздействий на водохранилище. Модель можно совершенствовать за счет более тонкой настройки весовых коэффициентов, учета нелинейных и пороговых эффектов и других индикаторов.

Введение. Проблема падения контейнеров с железнодорожных платформ обостряется с развитием логистики, изменением климата и привлекает внимание исследователей. Рассматриваются ситуации на разных логистических объектах и для разных емкостей. Известно, как риск опрокидывания зависит от силы ветра, кривизны пути и высоты рельса. Есть методики определения потерь от рассматриваемых инцидентов. Результаты изысканий полезны для менеджмента логистики, однако внедрение таких решений требует времени, значительных затрат, поэтому редко реализуется на практике. Подход, описанный в данной статье, преодолевает эти ограничения, благодаря технической простоте. Цель работы — доказать эффективность изменения трех параметров платформы: бокового зазора у ее края, а также высоты и толщины стационарных упоров.

Материалы и методы. Анализировалась литература по проблеме, в том числе госстандарты, технические условия, строительные нормы и правила. В виде схем визуализировались необходимые для расчетов сопряжение фитинга и упора, параметры контейнера. В уравнениях учитывались также сила ветра, его боковая нагрузка на контейнер и региональные характеристики. Использовали данные о 40-футовом контейнере длиной »12,2 м, высотой »2,6 м, массой 3,9 тонн, с расстоянием между фитингами »2,3 м. Региональные особенности ветров определили по карте «Районирование территории Российской Федерации по давлению ветра».

Результаты исследования. Доказано, что технически несложное изменение упоров платформы существенно снизит риски опрокидывания контейнера при значительной ветровой нагрузке. Нужно максимально уменьшить боковой зазор у края платформы, увеличить высоту стационарного упора до 106 мм, толщину — до 56 мм. Без модернизации 40-футовый контейнер опрокинется при ветровой нагрузке 120 Па. В предложенной автором конфигурации устойчивость контейнера на платформе существенно увеличится. В сухую погоду емкость сохранит устойчивость при боковом воздействии ветра силой »834 Па, при осадках — »500 Па. Таким образом, можно говорить об усилении в 7 раз и 4,2 раза соответственно.

Обсуждение. В изначальной конфигурации 40-футовый контейнер опрокинется при скорости ветра 11,9 м/с, или в I ветровой зоне — как в Москве или Минске. Предложенная автором модернизация позволит контейнеру устоять при скорости ветра 37 м/с (VII зона). В дождь и снег контейнер опрокинется при скорости ветра 29,5 м/с. Это IV зона (Казахстан и побережье Каспийского моря). В настоящее время здесь фиксируется активный автомобильный и железнодорожный трафик. В перспективе ожидается рост грузопотока в связи с реализацией проекта «Шелковый путь».

Заключение. Внедрение предложенной новации значительно сократит вероятность чрезвычайных ситуаций из-за падения контейнеров с железнодорожных платформ и, соответственно, повысит безопасность перевозок. Решение отличается технологической простотой и универсальностью. Конструкция контейнера остается прежней. Отдельные элементы платформы меняются минимально.

Введение. При нагреве железоуглеродистых сплавов токами высокой частоты (ТВЧ) на высоких скоростях могут наблюдаться более значимые эффекты упрочнения, чем при применении машинных генераторов. Поэтому проводить закалку в таких условиях было бы целесообразнее, однако повышение частоты генератора влечет за собой уменьшение глубины проникновения вихревых токов и ведет к большей неравномерности прогрева по сечению. Наложение постоянного внешнего магнитного поля при закалке ТВЧ может приводить к увеличению глубины проникновения вихревых токов и более равномерному прогреву. Но в научной литературе еще недостаточно сведений о влиянии внешнего магнитного поля на процессы нагрева ТВЧ, а также на фазовые превращения в сталях. В настоящий момент количественных оценок влияния внешнего магнитного поля на изменение кинетики электронагрева и глубины проникновения вихревых токов не имеется. В связи с вышесказанным цель авторов настоящей статьи — изучить изменения в кинетике нагрева ТВЧ железоуглеродистых сплавов при наложении внешнего постоянного магнитного поля и на этой основе рассмотреть возможности применения данной технологии.

Материалы и методы. Теоретическая оценка влияния внешнего магнитного поля на изменения кинетики электронагрева и глубины проникновения вихревых токов дана на основе общей теории кинетики индукционного нагрева. Экспериментальное изучение влияния магнитного поля на кинетику нагрева ТВЧ проводилось на образцах из стали 45, перлитного серого (СЧ30) и ферритного ковкого чугуна (КЧ30-6). Исследование распределения температуры по сечению ферромагнитного материала при индукционном нагреве во внешнем магнитном поле осуществлялось на специальных образцах из технического железа, стали 45 и серого перлитного чугуна СЧ30. Изучение процессов электроотпуска проходило на образцах из стали У8А с использованием лампового генератора (температура нагрева — 450 ℃, скорость нагрева — 750 ℃/с). Исследовались изменения балла аустенитного зерна после скоростного нагрева с внешним подмагничиванием на образцах стали с пониженной прокаливаемостью 55ПП. Для исследования процессов термической обработки в магнитном поле при проведении экспериментов с нагревом образцов токами высокой частоты создан электромагнит специальной конструкции для наложения внешнего постоянного магнитного поля.

© Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В., Пивченков А.С., 2025

Результаты исследования. Построены теоретические кривые для условий нагрева без поля и с наложением внешнего постоянного магнитного поля. Экспериментальные данные о влиянии внешнего постоянного магнитного поля на индукционный нагрев в поверхностном слое различных материалов были сведены в кинетические диаграммы. Доказательством того, что наблюдаемые изменения связаны именно с увеличением глубины проникновения вихревых токов, являются опытные данные, полученные на цилиндрических образцах из стали 45 с разной толщиной стенки. Приведены кинетические кривые оценки температурного поля (по шести точкам на разной глубине) в процессе нагрева ТВЧ с внешним подмагничиванием и без него. Получены экспериментальные данные, показывающие распределение микротвердости по сечению образца из стали У8 после закалки, закалки и электроотпуска, закалки и электроотпуска с внешним подмагничиванием и закалки и объемного отпуска, а также результаты исследования балла аустенитного зерна стали 55ПП после скоростного нагрева с внешним подмагничиванием и обычного (медленного) глубинного нагрева.

Обсуждение. Наложение внешнего постоянного магнитного поля высокой напряженности на этапе первого квазистационарного процесса приводит к снижению скорости индукционного нагрева ферромагнитного материала и увеличению глубины его равномерного прогрева. Выше точки Кюри влияние магнитного поля не сказывается из-за малой магнитной восприимчивости материала, поэтому скорость нагрева остается такой же, какая была бы в этом температурном интервале без поля. Кроме того, ввиду незначительной разницы значений магнитной проницаемости ниже и выше точки Кюри при нагреве в поле термическая кривая не имеет столь заметного перегиба, характерного для кинетических кривых при переходе поверхностного слоя в парамагнитное состояние. Эксперименты с электроотпуском доказали, что с наложением внешнего поля удается отпустить материал на необходимую глубину и появляется возможность его проведения на одной установке ТВЧ. Размер зерен аустенита после скоростного нагрева с подмагничиванием уменьшается, по сравнению с обычным глубинным нагревом стали с пониженной прокаливаемостью, что устраняет проблему индукционного нагрева сталей с пониженной прокаливаемостью.

Заключение. Результаты исследования показали, что наложение внешнего магнитного поля позволяет реализовать эффекты упрочнения при нагреве с более высокими частотами и устранить недостатки такого нагрева.