Научная деятельность

Госбюджетные темы

Ученые кафедры проводят исследования по 4-м госбюджетным темам:

1. НИР № ЕНД-151 Математическое моделирование течений сплошной среды и исследование задач криптологии, научный руководитель - проф., д.ф.-м.н. С.П. Баутин
2. НИР № ЕНД–152 Математическое моделирование экономических, технических и транспортных систем, 2017-2021гг., научный руководитель - проф., д.ф.-м.н. Г.А. Тимофеева
3. № ФЗ‑128 Компьютерное моделирование магнитных полей, научный руководитель - доцент, к.ф.-м.н. Л.А. Фишбейн
4. НИР № ЕНД–150 (ВШ)Технология применения информационной образовательной среды в преподавании дисциплин математического и естественнонаучного цикла в транспортном вузе, научный руководитель - доцент, к.п.н. О.В. Куликова

На кафедре проводятся исследования по гранту Российского Фонда Фундаментальных Исследований (РФФИ): проект 17-08-01123 «Математическое моделирование транспортных сетей в условиях развития высокоскоростного наземного транспорта», 2017 – 2019гг. (рук. Тимофеева Г.А.).

Кафедра публикует в год более 70 статей, а ее сотрудники регулярно принимают участие в значимых международных, всероссийских и региональных научных съездах и конференциях.

Кафедра ЕНД ежегодно проводит региональную научную конференцию обучающихся (студентов, магистрантов и аспирантов) по математическому моделированию систем, регулярно организует общероссийские конференции по математическому моделированию и информационным технологиям.

В 2017-2018 учебном году в ежегодной региональной научно-практической конференции «Математические методы решения исследовательских задач», организованной кафедрой, приняли участие с докладами 44 студента УрГУПС.

Доцент О.В. Куликова организовала секцию «Аналитические и вычислительные методы решения математических задач» на IX Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум 2018», в работе которой приняли участие 11 студентов и 5 преподавателей кафедры. Под руководством преподавателей кафедры 10 студентов УрГУПС приняли участие в Международном конкурсе студентов и аспирантов «Quality Education 2017», 2 студента участвовали в VI Международном интеллектуальном конкурсе студентов и аспирантов «University Stars 2017», под руководством профессора С.С. Титова студенты принимали участие во XVI Сибирской научной школе с международным участием «Компьютерная безопасность и криптография».

Ежегодно под руководством преподавателей кафедры студенты УрГУПС готовят материалы о результатах исследовательской деятельности, в том числе в 2017 году опубликовано 10 статей студентов в журналах, 3 статьи в сборниках конференции.

Кафедрой проведено 3 олимпиады на территории УрГУПС, а также организовано участие студентов в международной олимпиаде.

В 2016 г. в УрГУПС была проведена 3-я Всероссийская научная конференция «Математическое моделирование и информационные технологии», посвященная 85-летию со дня рождения профессора И.Я. Каца. Были представлены доклады по научным направлениям: теория оптимального управления, финансовая математика, механика сплошных сред, теория дифференциальных уравнений в частных производных, робототехника, криптология и компьютерная математика, организован круглый стол по проблемам преподавания естественнонаучных дисциплин. Всего на конференции было представлено 80 докладов, из которых более 30 было опубликовано в Международном издании CEUR-WS. ORG, индексируемом в международной базе Scopus (http://ceur-ws.org/Vol-1825).

Научные направления по прикладной математике

Направление: Задачи оптимального управления и оценивания для систем с неполной информацией о распределении случайных параметров.

Руководитель: Тимофеева Галина Адольфовна, доктор физ.-мат. наук, зав. кафедрой

Истоки: Научная школа создана в 70-х годах 20-ого века д.ф.-м.н., профессором Исааком Яковлевичем Кацем под научным влиянием и в тесном сотрудничестве с академиками РАН Н.Н. Красовским и А.Б. Куржанским.

Потенциал научной школы:

• Защищено 2 докторских диссертации.
• Защищено 5 кандидатских диссертаций, в том числе в 2017 г. выпускник аспирантуры кафедры, ассистент Д.В. Бондарчук защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по теме «Алгоритмы интеллектуального поиска на основе метода категориальных векторов» (научный руководитель - проф. Г.А. Тимофеева).

На 01.01.2018 г.:

• Соискателей докторской степени - 1.
• Ведется подготовка аспирантов по направлению подготовки 09.06.01 - Информатика и вычислительная техника, направленность - Системный анализ, управление и обработка информации, аспирантов - 2.

Признание научных разработок (внедрение):

• Опубликовано более 200 научных статей, результаты исследований ежегодно докладываются на всероссийских и международных конференциях.
• Опубликовано 5 монографий, в том числе одна на английском языке.
• Начиная с 2009 г. ведутся научные исследования математических моделей транспортных потоков и транспортных сетей. Опубликована монография Ахмадинуров М.М., Тимофеева Г.А., Завалищин Д.С. "Математические модели управления транспортными потоками". Изд-во УрГУПС, 2011.
• Начиная с 2011 г. ведутся исследования по применению теории марковских процессов в оценке финансовых рисков, опубликована монография:
  Тимофеев Н.А., Тимофеева Г.А., Завалищин Д.С. «Математическое моделирование динамики кредитного портфеля», Изд-во УрГУПС, 2016.
• Научные исследования неоднократно поддерживались грантами Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ),
• с в 2017 г. исследовательский коллектив под руководством проф. Г.А. Тимофеевой начал работу над проектом «Математическое моделирование транспортных сетей в условиях развития высокоскоростного наземного транспорта», получившим поддержку РФФИ (грант № 17-08-01123) исполнители: доцент Мартыненко А.В., доцент Завалищин Д.С., аспирант Сабанов М.А.

Направление: Математическое моделирование с помощью нелинейных уравнений: газовых течений, синхронизации и разрушения, процессов криптографии.

Руководитель: Баутин Сергей Петрович, доктор физико-математических наук, профессор, член Российского национального комитета по теоретической и прикладной механике, действительный член Нью-йоркской Академии наук. Область научных интересов: нелинейные уравнения с частными производными и их приложения к решению задач газовой динамики. В ходе научных исследований сформировал свою научную школу, под его руководством защитились 3 доктора и 9 кандидатов наук.

Научные исследования, проводимые под руководством проф. С.П. Баутина, поддерживались грантами Российского Фонда Фундаментальных Исследований (РФФИ), в том числе:

• 2008-2010 гг., проект РФФИ 08-01-00052а "Математическое моделирование сильного сжатия газа";
• 2011-2013 гг., проект РФФИ 11-01-00198 "Математическое моделирование сложных течений жидкости и газа".

По результатам исследований опубликовано 12 монографий, 5 препринтов, 5 ежегодных научных сборников под редакцией проф., д.ф.-м.н. Дерябина С.Л., более 350 научных статей, в том числе в ведущих российских журналах: «Доклады Академии наук», «Успехи механики», «Прикладная математика и механика», «Дифференциальные уравнения», «Прикладная механика и техническая физика» и др.

Монографии, опубликованные в 2008-2017 гг.:

1. Баутин С.П. Торнадо и сила Кориолиса. Новосибирск: Наука, 2008. 96 с.
2. Баутин С.П. Характеристическая задача Коши и ее приложения в газовой динамике. Новосибирск: Наука, 2009. 368 с.
3. Баутин С.П., Обухов А.Г. Математическое моделирование разрушительных атмосферных вихрей. Новосибирск: Наука, 2012. 152 с.
4. Баутин С.П., Крутова И.Ю., Обухов А.Г. Баутин К.В. Разрушительные атмосферные вихри: теоремы, расчеты, эксперименты. Новосибирск: Наука, 2013. 216 с.
5. Баутин С.П., Замыслов В.Е., Скачков П.П. Математическое моделирование тригонометрическими рядами одномерных течений вязкого теплопроводного газа. Новосибирск: Наука, Екатеринбург: УрГУПС, 2014. 91 с.
6. Баутин С.П., Дерябин С.Л., Мезенцев А.В., Чуев Н.П. Начально-краевые задачи для моделирования движения сплошной среды с особенностями на свободной границе. Новосибирск: Наука, Екатеринбург: УрГУПС, 2015. 191 с.
7. Баутин С.П., Дерябин С.Л., Крутова И.Ю., Обухов А.Г. Разрушительные атмосферные вихри и вращение Земли вокруг своей оси. Новосибирск: Наука, 2017. 336 с.

В 1997 г. был организован и по настоящее время продолжает регулярно работать научный семинар "Нелинейные дифференциальные уравнения и их приложения" с участием преподавателей и аспирантов УрГУПС, а также ученых из других академических и учебных институтов. 

В настоящее время по данному направлению исследования ведут 6 аспирантов очной формы обучения и кандидатом физико-математических наук И.Ю. Крутовой подготовлена докторская диссертация, защита которой планируется в декабре 2018 года, научный консультант - С.П. Баутин.

Защищены три докторские диссертации (С.А. Румянцев, С.Л. Дерябин, А.Л. Казаков – научный консультант С.П. Баутин) и тринадцать кандидатских диссертаций (С.Л. Дерябин, А.Л. Казаков, С.А. Ягупов, А.В. Рощупкин, Ю.Ю. Чернышов, Ю.В. Николаев, З.Л. Ольха, И.Ю. Крутова, Н.С. Новаковский – научный руководитель С.П. Баутин; Н.П. Чуев, А.П. Садов, А.М. Мезенцев – научный руководитель С.Л. Дерябин; К.В. Курмаева – научный руководитель С.С. Титов).

В 2012-2017 годах проводились эксперименты по созданию восходящих закрученных потоков с помощью продува воздуха снизу вверх по вертикально расположенным трубам диаметрами в 5 см, 20 см, 2 м.

Профессор С.С. Титов с каждым годом привлекается все большее число студентов УрГУПС к научно-исследовательской работе по направлению защиты информации. Студенты публикуют исследовательские статьи, выступают на научных конференциях, в том числе международных, участвуют в профессиональных конкурсах в области информационных технологий и математических методов защиты информации. С 2008 года и по настоящее время студенты и аспиранты работают в этом направлении в рамках учебно-научного подразделения "Безопасность информационных технологий"(БИТ), научным руководителем которого является профессор С.С. Титов.

В 2015-2017 годах 4 студента – ученика С.С. Титова получили звание «студент года по информационной безопасности» Российской Федерации, в 2015 г. студенты Р. Таскин и П. Садков получили почётный диплом на международной олимпиаде по криптографии NSUCRYPTO, в 2016 году команда студентов Р. Таскин, П. Садков, К Кириеенко заняла 3-е место на международной олимпиаде криптографии в категории «студенты», а проф. С.С. Титов занял третье место в категории «профессионалы».

Выпускниками аспирантуры УрГУПС под руководством Титова С.С. защищены 2 кандидатские диссертации по информационной безопасности: С.С. Коновалова «Конечные геометрии и их связь с совершенными шифрами», Н.В. Медведев «Метод разграничения коллективного доступа к информационным ресурсам на основе почти пороговых схем разделения секрета».

Научные направления по физике и химии.

Компьютерное моделирование тепловых процессов трения.

Руководитель: профессор, д.ф.-м.н. В.К. Першин.

На основании нестационарной теплопроводности в движущейся среде для краевой задачи с граничными условиями сопряжения в рамках аналитических и численных методов конечных элементов моделируются пространственные и временные распределения температурных полей и полей тепловых потоков в тяжелонагруженных узлах трения (колесо-тормоз-рельс). Полученные результаты компьютерного моделирования позволяют определить распределение температур в процессе торможения по узлу трения в зависимости от физико-технических характеристик колеса и рельса, а также создать на их основе инженерные методы расчета теплообмена при трении.

Моделирование магнитных полей.

Руководитель: доцент, к.ф.-м.н. Л.А. Фишбейн

Объектом исследования с целью получения высокооднородного магнитного поля в заданном рабочем объеме являются конструкционные характеристики (форма) постоянных и электро-магнитов. Основной применяемый метод - параметрический синтез системы магнитов, предназначенных, в частности, для работы в переносных ЯМР томографах. Увеличение степени однородности магнитного поля приводит к увеличению разрешения ЯМР систем всех типов, что дает возможность приведения более качественной диагностики дефектов.

Интенсификация процессов охлаждения оборудования

Руководитель: профессор, д.ф.-м.н. Буланов Н.В.

Предложен способ организации режима пузырькового кипения, который обладает значительно большей устойчивостью к своему самосохранению, т.к. температурный интервал устойчивого пузырькового кипения увеличивается в несколько раз и обратный переход от пленочного кипения к пузырьковому не сопровождается гистерезисом. Основным достоинством предлагаемого способа (кроме увеличения интенсивности теплообмена) является невмешательство в охлаждаемый объект, применение предлагаемого способа не требует какой-либо модернизации объекта. Для осуществления предлагаемого способа достаточно в используемый теплоноситель (например, в воду) ввести примерно 1%-2% другой, второй, жидкости, нерастворимой в теплоносителе и имеющей температуру кипения ниже температуры кипения охлаждаемой поверхности (для воды это может быть, например, фреон-12).

Исследование процессов при электрохимическом получении хромовых соединений

Руководитель: доцент, к.х.н. Соколов В.Н.

Исследования направлены на разработку нового электрохимического способа получения чистых бихроматов ряда металлов и передача опытных образцов хромовых соединений в специализированные химические лаборатории для испытания в качестве новых материалов для получения катализаторов и использования в иных областях. К исследованиям привлекаются студенты старших курсов.

Исследования проблем преподавания естественнонаучных дисциплин

Последние годы на кафедре параллельно с научными разработками по проблемам прикладной математики, физики и химии активно развивается исследование методики преподавания естественнонаучных дисциплин, вводятся и анализируются новые педагогические технологии, эту работу возглавляет доцент, кандидат педагогических наук О.В. Куликова. Общее число публикаций сотрудников кафедры данной тематике за последние 5 лет - более 30 статей, ежегодно проводятся семинары и круглые столы для обсуждения проблем преподавания естественнонаучных дисциплин.