Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы творчества в интеграционной механике для преодоления «информационного цунами»
.pdf
ВВЕДЕНИЕ 11
что прикладная философия интеграционной механики [146], которая применялась в задаче В. Г. Грабина, была опубликована после монографии по
физико-математическому полигону [137].
Второй вариант информационной пирамиды: грани — колебания,
устойчивость, статика; основание — физико-математический полигон. Второй вариант рассмотрен в пятой и шестой главах. Основным автором второго варианта информационной пирамиды является Полищук Андрей Дмитриевич, который создал комплекс программного обеспечения с необходимыми новыми математическими результатами.
Третий вариант (отличается только основанием) информационной пи-
рамиды: грани — колебания, устойчивость, статика; основание — экспериментальные гипотезы для создания качественной экспериментальной физики природы на основе «гена природы» [144]. Материалы этой пирамиды
используются в восьмой главе.
Великий физиолог Иван Петрович Павлов «не успел осуществить. . .
свою мечту — мечту о создании книги на «сводную тему». В беседе со своим учеником П. К. Анохиным Павлов говорил: «Посудите сами, всю свою
жизнь ученый, если только он хочет быть строгим ученым, должен взвешивать каждое свое слово, должен немедленно подтверждать его фактами,
доказательствами. Он не имеет права, если не хочет потерять свою репутацию ученого, говорить о еще недоказанных им догадках. Но исчерпывается ли этим все внутреннее содержание ученого? . . .Мне кажется, что
наука очень много приобрела бы от того, если бы каждый ученый, много
лет поработавший над установлением точных знаний, в конце своей жизни
уделил внимание и этим, еще необоснованным соображениям» — Русский
первопроходец, Отечественные записки №5 25 февраля 2016 г. «Советская
Россия». Аналогичным желанием является высказанная авторами гипотеза о «гене природы» и ее сопоставление с известными явлениями и гипотезами в рамках единой экспериментальной качественной физики природы.
Все громоздкие аналитические выражения винтового деформирован-
ного движения из книги убраны, так как они подробно рассмотрены в монографиях авторов [127, 128, 138], а также наверняка отобьют охоту заниматься сложными взаимосвязанными задачами механики.
В третьей главе рассмотрены результаты интеграционной механики:
1. Информация и творчество — основа единства науки, образования и искусства. Рассмотрены приёмы творчества, прежде всего, для литературы и поэзии.
2. Компактное, доступное и качественное образование рассмотрено на
примере механики, которые не включены были ранее в системнооператорную механику [127]. Сюда включен и оригинальный графический метод определения мгновенного центра ускорения для плоского
12 ВВЕДЕНИЕ
движения. Зная редуцированное ускорение ведущего звена, графически находятся ускорения в любой точке ведомого звена.
В четвертой главе рассмотрены методы творчества в кратком компакте
динамики классической механики:
• системность законов Ньютона;
• информационный компакт векторной механики Ньютона;
• основной информационный компакт задач динамики;
• резонанс (технический, математический, физический, системный).
Пятая глава, как уже было отмечено, посвящена единой физике меха-
ники винтового деформированного движения. В ней рассмотрены графические и численные результаты:
• пространственные колебания (единство продольных, крутильных, поперечных колебаний и высокие серии поперечных колебаний);
• фазовые и групповые скорости;
• формы колебаний;
• классификация видов потери устойчивости, в которую включены и но-
вые виды, полученные автором (А. Д. Полищук);
• нелинейная статика винтового тонкого бруса.
Шестая глава посвящена физико-математическому полигону и экспе-
риментальной интеграционной механике. В ней присутствуют:
• обоснование выбора объекта для физико-математического полигона
проверки численных методов;
• нелинейности, которые необходимо было преодолевать при решении
классических уравнений, основанных на уравнениях Кирхгофа– Клебша.
Первый уровень физико-математического полигона включает в себя:
1) низшие частоты продольных, крутильных и поперечных колебаний
пружин;
2) табулированную методику расчета собственных частот для коротких
пружин;
3) табулированную методику расчета собственных частот для длинных
пружин;
4) «подводные камни» для численных расчетов типа метода конечных
элементов;
5) экспериментальные результаты исследования собственных частот цилиндрических пружин.
Второй уровень физико-математического полигона (этому уровню со-
ответствует задача пространственных колебаний) включает в себя:
ВВЕДЕНИЕ 13
1) порождающее решение, решение для синусоидальной формы колебаний при шарнирной заделке опорных витков;
2) особые точки, которыми авторы называют собственные частоты, которые являются точками локального экстремума характеристического
уравнения;
3) расчет частотного спектра при жесткой заделке опорных витков при
симметричных колебаниях;
4) определение собственных частот при антисимметричных колебаниях;
5) формы колебаний при жесткой заделке винтового тонкого бруса (вин-
товая цилиндрическая пружина).
Третий уровень физико-математического полигона:
• анализ близко совпадающих собственных частот тонкого винтового
бруса;
• концевой эффект в распределении частотного спектра тонкого винтового бруса;
• продольную потерю устойчивости тонкого винтового бруса с восстановлением;
• управление эффектом нелинейной статики для создания условий равнопрочности по длине пружины.
Физико-математический полигон основан на экспериментальной инте-
грационной механике.
Первый уровень экспериментальных взаимосвязанных задач (линей-
ные задачи винтового тонкого бруса) включают в себя:
• экспериментальные исследования частотного спектра цилиндрических
пружин по модели эквивалентного бруса;
• экспериментальные исследования кратных резонансов цилиндрических пружин по модели эквивалентного бруса;
• экспериментальные исследования эйлеровской потери устойчивости
цилиндрических пружин;
• основное экспериментальное доказательство линейной статики цилиндрических пружин.
Второй уровень экспериментальных взаимосвязанных задач (нелиней-
ные задачи винтового тонкого бруса в пружинном механизме) включают
всебя:
• экспериментальные исследования частотного спектра пространственных колебаний цилиндрических пружин;
• область кратных резонансов во взаимосвязанных нелинейных колебаниях винтового тонкого бруса;
• о зонах сгущения и разряжения частотного спектра в нелинейных колебаниях винтового тонкого бруса.
14 ВВЕДЕНИЕ
Третий уровень экспериментальных взаимосвязанных задач (синтези-
рованные нелинейные задачи винтового тонкого бруса в пружинном механизме) включают в себя:
• синтез равножестких пружин и эффект размыва резонанса в винтовом
тонком брусе;
• осадку пружин при ударном нагружении в пружинном механизме;
• сокращение габаритов пружинных механизмов с одновременным по-
вышением долговечности при ударном нагружении с инерционным соударением витков.
Естественно, что материалы физико-математического полигона и экс-
периментальной интеграционной механики для всех трёх уровней даны
в сокращении по сравнению с монографиями [135, 137].
Седьмая глава посвящена интеграционной механике объекта, которая
является основой решения наиболее важных прикладных задач. Информационная пирамида единой аналитической механики деформированного тела с основанием динамики пружинных механизмов является основой решения задачи генерал-полковника В. Г. Грабина. Избыточная скорость нагружения пружинного механизма (часть системы досылки снаряда) была ранее просчитана учеником В. Г. Грабина, будущим профессором В. А. Карпуниным, учителем Д. Ф. Полищука. Эта скорость совпала с предельной
избыточной скоростью, определяющей новое физическое явление — местную потерю устойчивости сечения витка в области упругих деформаций.
Дальнейшее развитие задачи В. Г. Грабина привело к новой теории удара
пружинных механизмов с инерционной соударением витков,для реализации
которой потребовалось создание прикладной интеграционной механики.
Прикладная философия интеграционной механики [146] включает
всебя:
• основные принципы диалектики [11, 44, 74, 83] (принцип единства
теории и практики применительно к исходному объекту исследования,
принцип взаимосвязанности объекта и его атрибутов, принцип противоречивости объекта и его атрибутов, принцип развития, принцип
отражения (как предсказание новых результатов);
• методологию познания объекта К. Маркса с выделением клеточки информации [83];
• единство основных законов диалектики [190];
• переменность основы решения (диалогика) [11].
Структура прикладной философии интеграционной механики исполь-
зуется в аналитико-конструкторском алгоритме, который применён для создания теории удара пружинных механизмов с инерционным соударением
витков. На основе этого алгоритма решена одна из самых эффективных
ВВЕДЕНИЕ 15
задач инженера: сократить габариты, повысить долговечность узла, сохранить все динамические параметры механизма. В связи с этой задачей, учитывая трудности автора на работе (многолетние затруднения с защитой докторской диссертации), организация г. Горького выделила специальную тему
для защиты докторской диссертации.
В восьмой главе — гипотезы винтового деформированного движения
как «гена природы», которые явились основой качественной экспериментальной физики природы, так как принципиально для взаимосвязанных
нелинейных задач не может быть строго аналитического решения. Рассмотрена единая информационная пирамида физики природы:
• теория Большого взрыва;
• теория света;
• квантовая механика;
• теория эфира.
Главные цели единой информационной пирамиды физики природы:
1. Рассмотреть особенности каждой грани на основе «гена природы».
2. Показать взаимосвязанность граней на основании «гена природы», которым является винтовое деформированное движение.
3. Объяснить существующие экспериментальные явления с позиции «гена природы».
4. Предсказать новые физические явления на основе экспериментального
поля для винтового деформированного движения.
5. Предсказать экспериментальные явления, которые логически следуют
из существующей теории винтового деформированного движения.
6. Авторы гипотез единой физики природы должны опираться и на новые эксперименты, которые не имеют полноценного аналитического
доказательства.
В последнее время появились следующие результаты экспериментов:
световой поток неоднороден; свет можно закручивать, что позволяет уменьшить диаметр оптоволокна; скорость нейтрино на доли процента выше скорости света, что логически следует из гипотезы авторов — свет рождает
нейтрино; при соударении на больших скоростях тяжелых частиц появляется масса новых, ранее неизвестных частиц (эксперименты на коллайдере
в Швейцарии), что также соответствует высказанной ранее авторами гипотезе об ударе тяжелых частиц. Гипотеза винтового деформированного движения света впервые подробно рассмотрена в монографии «Экспериментальная интеграционная механика» — 2008 г., а также в монографиях [132,
133, 138, 144].
Заключение книги представляет развернутую «пирамиду мудрости»,
по которой авторы дают краткий отчет о проделанной научно-педагогической работе.
16 ВВЕДЕНИЕ
Авторы благодарят своих друзей и помощников в работе: А. С. Мат-
веева, В. В. Сазонова, К. Е. Дъячкову, В. Я. Зяблицева, С. А. Девятерикова,
В. В. Коробейникова. Особая благодарность выражается рецензенту книги Сергею Сергеевичу Гаврюшину, который единственный в стране читает
лекции по специальности «упругие элементы». С. С. Гаврюшин — заведующий кафедрой РК-9, возглавляет в МВТУ докторский совет по специальности 01.02.06 — «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры».
Идею решения в единстве взаимосвязанных сложных задач автор
(Д. Ф. Полищук) перенял у своей мамы, Никитиной Валентины Ивановны, которая была кандидатом биологических наук. Она занималась единой
системой внутренней секреции у животных. В течение пяти лет, будучи на
пенсии (Академия наук СССР выделила ей двух лаборантов), она закончила монографию, однако в редакции заявили, что монографии пенсионеров
не печатают. Через несколько недель она ушла из жизни в возрасте шестидесяти двух лет (апрель 1973 г.). Данная книга посвящена 105-летию
со дня рождения Никитиной Валентины Ивановны. Оба её сына — доктора наук, оба единственные двоюродные братья — генералы (Александр
Беляков — генерал-лейтенант, Герой Советского Союза, в составе экипажа
В. Чкалова летал через Северный полюс в Америку; Михаил Беляков —
генерал-майор, кавалер ордена Ленина). Мама Валентины Ивановны Никитиной — Ксения Игнатьевна Никитина, заслуженная учительница России,
кавалер ордена Ленина. Читатели понимают, какое генетическое богатство
передала Никитина Валентина Ивановна своим детям и внукам.
Авторами совместно написаны: введение, глава 8, заключение, лите-
ратура. Полищуком Д. Ф. написаны главы 1, 2, 3, 4, 7. Полищуком А. Д.
написаны главы 5, 6.
ГЛАВА 1
Этапы поиска методов творчества
для интеграционной механики
Прочно и плодотворно
только приобретённое
своим трудом.
Д. И. Менделеев
1.1. О приобретении личного опыта творчества в высшей
школе
В вузе изучение приёмов творчества для автора проходило при чрезвычайных обстоятельствах. На первом экзамене по математике автор не знал
ответа по теореме основной алгебры. Пришлось объединить первый вопрос
и третий (задача). В результате такого единства автор представил около десяти вариантов задачи, что отняло достаточное время для ответа. Преподаватель спросил о втором вопросе, на что автор скромно сказал, что его не
заметил при подготовке. Преподаватель поставил отлично и сказал, что автор будет математиком. В восьмом классе автор выиграл олимпиаду среди
десятиклассников, но в десятом классе при новой молоденькой учительнице потерял интерес к математике из-за доказательств теорем. На выпускном экзамене молоденькая учительница проявила любопытство и пролила
тушь на основной чертёж, а новый чистый лист отказались дать, что автоматом лишило автора медали. Но расстраиваться автору было трудно, так
как тяжелая травма головы (в первой четверти десятого класса) наверняка закрывала поступление в элитные вузы, где было сложно, но интересно
учиться. Как один из победителей городской олимпиады по химии, автор
имел внеконкурсное поступление в университет, но чистого воздуха там
наверняка было бы меньше. В этом параграфе автор пытается вспомнить
моменты нетрадиционных «выкрутасов» на экзаменах в институте.
Очень интересный приём творчества автор продемонстрировал при
сдаче экзамена по химии — это уже учёба в Молотовском сельскохозяйственном институте имени Прянишникова на факультете механизации сельского хозяйства. Этот случай — сдать экзамен, не сдавая экзамена, — автор
описал в книге «Прикладная философия интеграционной механики» [146].
18 ГЛАВА 1
Автор знал (приём дополнительной информации), что до войны экзамены
сдавали бригадным методом. Когда автор спросил маму, почему у неё в дипломе есть тройки, она ответила, что сдавала эти экзамены Маша. Поэтому
автор попросил трёх своих друзей сказать, что они из школы № 11 (знаменитая школа своим педагогом по химии). Автор привёл сложную формулу
разложения мышьяка, которую ему показала преподавательница университета как олимпиадную задачу в их университете. Мама автора также преподавала в университете и была её подругой. По просьбе профессора вывод
был повторен шесть раз, первым после автора зашел действительно выпускник школы № 11, а два остальных студента были из сельской местности. Но возбужденный таким ответом, а первый вопрос автор сознательно
пробурчал, и его за это отчитал преподаватель, поставивший перед этим
уже шесть троек, — профессор всем четверым поставил отлично, вспомнив
о групповой сдаче экзаменов в его студенческие годы.
Уже многие годы автор рассказывает студентам приём, как сдать экзамен красиво и оригинально. На обратной стороне экзаменационного бланка
в присутствии преподавателя автор написал ответы на два экзаменационных вопроса. На этой же стороне экзаменационного бланка автор написал
три дополнительных вопроса и письменные ответы на них. Преподаватель
поставил отличную оценку, но попросил показать экзаменационные ответы
на основной части экзаменационного листа. К его удивлению, там были
ответы только на три дополнительных вопроса, а на экзаменационные вопросы ответов не было. Автор знал, что основные вопросы в билетах чаще
всего соответствуют параграфам учебника, а физические явления задаются
в виде дополнительных вопросов. Так как в официальных двух вопросах
физика была различная, то третий дополнительный вопрос касался связи
этих физических явлений. Угадать заранее все три дополнительных вопроса — крайне эффективный способ показать своё умение понимать физику
в данном курсе в целом.
Но самый эффектный метод институтских лет относится к сдаче экзамена по сопромату (в сельскохозяйственном институте). Основной привычкой автора в институте было нежелание записывать лекции, так как запись
лекции мешала пониманию сути материала. Автор предпочитал готовиться
к сдаче экзамена по книгам. После повторного обращения преподавателя к автору, почему он не записывает лекцию, автор показал толстенный
учебник по сопротивлению материалов. Уже через неделю автора лишили
права посещения лекций, выполнения лабораторных и практических занятий. Поэтому для изучения курса и подготовки к сдаче экзамена у автора было только три дня. Автор сознательно не занимался самостоятельно
курсом «Cопротивление материалов», так как считал необходимым проверить себя в экстремальной ситуации. Автор быстро рассмотрел учебный
материал и создал алгоритмы основных задач, сам курс автор сократил до
материалов, которые лектор обещал не спрашивать на экзамене. Но в этом
1.2. КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД В ИНЖЕНЕРНОМ ОБРАЗОВАНИИ 19
материале были только две типовые задачи, алгоритмы которых автор изучил. Прямо на экзамене автор решил подряд 10 задач, начиная открытый
счёт числу задач с шестой. Преподаватель отказался ставить автору оценку
и попросил своего ассистента это выполнить. Оценка была отличная. Больше никого из студентов преподаватель не оценил отлично, поставив автора
в крайне неприятное положение, тем более, что мои ближайшие друзья
учились отлично. Зато на втором экзамене по курсу «Cопротивление материалов» преподаватель сразу собрал десять зачёток и без сдачи экзамена
всем поставил «отлично».
После окончания третьего курса автор на отдыхе в Перми четыре раза
прочитал знаменитую книгу Н. Винера «Кибернетика» и в рецензии на нее
для библиотеки имени В.И. Ленина г. Ижевска (эту рецензию автор обязался написать вместо штрафа за неприглядный вид книги, так как читалась
она на пляже) указал, что на основании информации и творчества можно создать единый учебник для студентов. В зрелом возрасте автор написал свою книгу «Информация и творчество — единство науки, образования
и искусства» (2012) [143].
На четвёртом курсе на экзамене по специальной дисциплине, где был
очень громоздкий вывод, автор, зная ответ, не смог его вывести. Пришлось
решить обратную задачу, чтобы найти, где лектор допустил ошибку, так
как преподаватель подсказал, что ответ правильный. Преподаватель принёс
свой конспект лекций и убедился, что автор нашел его описку. Через много
лет, когда автор стал аспирантом этого преподавателя, он рассказал, что на
его публичную лекцию пришел декан, бывший ранее заведующим кафедрой в Артиллерийской академии имени Дзержинского, но вскоре задремал.
Преподаватель запутался в выводе, и когда декан проснулся, написал правильный ответ, а потом забыл сообщить это студентам. Все четыре группы
по этому вопросу писали правильный ответ с якобы правильным выводом.
Когда преподаватель спросил, где у автора ответ на второй вопрос, автор
ответил вопросом: «А зачем?». По второму вопросу был оформлен специальный стенд в коридоре, поэтому автор не стал его записывать, о чём
и сообщил преподавателю. Автор положил зачетку и покинул аудиторию.
За дверью было слышно, как следующий студент просил четверку, а преподаватель зло сказал, что он должен был поставить её Полищуку. Когда этот
студент вышел с двумя зачетками, то в его зачётке была четверка, а у автора — отлично.
1.2. Комплексный подход в инженерном образовании
В начале данной книги автор пытается проанализировать свой инженерный опыт для создания методов решения сложных взаимосвязанных
нелинейных задач.
20 ГЛАВА 1
После окончания в 1954 г. школы в г. Молотове (в дальнейшем вернули
прежнее название города — Пермь) автору отказали в справке для поступления в институт по состоянию здоровья (тяжелая бытовая травма головы, два
дифтерита, дистрофия, хроническая фолликулярная ангина и т.д.). После
второй просьбы справку дали, но под честное слово, что учиться желательно только в сельскохозяйственном институте без права напрягать голову
в течение 10 лет. Травма головы была в сентябре 1953 г., в очную аспирантуру автор поступил в октябре 1963 г. (в заочную — в декабре 1962 г.). Автор
сдержал своё слово, данное врачу. Мечта автора заняться ядерной физикой
при существующем здоровье, естественно, не могла быть реализована. То,
что в интеграционной механике появились намеки на знакомство с квантовой механикой, — слабая мечта реализации амбиций юношества. Первые
два курса автор учился в Молотовском сельскохозяйственном институте
имени Прянишникова на факультете механизации. Вместе с родителями
в 1956 г. переехал в г. Ижевск, где поступил на третий курс машиностроительного факультета Ижевского механического института (ИМИ).
При предварительном распределении автора готовили по специальному запросу в КБ Калашникова (Ижевский машзавод), но руководитель
дипломного проекта, проректор по науке Карпунин В. А., был вызван по
работе. Вместо автора на машзавод направили другого выпускника, который делал курсовой проект по пороховому стенду, а автор — как курсовой,
так и дипломный проекты. Автор был одним из победителей институтской олимпиады по науке, дипломную практику проходил в МВТУ имени
Н. Э. Баумана — был распределён 75-м из 76 выпускников нашей специальности (средний бал автора — 4,71). Когда автор пришел на Ижевский
механический институт с характеристикой, что имеет склонность к научной работе, то был направлен в научную лабораторию при литейном цехе №41. Компанию в литейной лаборатории составили выпускники ИМИ
Олег Максимов, Альфред Каримов, Михаил Ландау, Станислав Беляев, Роберт Королёв, начальником лаборатории был Владлен Алексеевич Кучумов.
В дальнейшем свою инженерную судьбу с точным литьем сохранил только
Станислав Беляев. Автор был переведён в НИТИ «Прогресс» (современное
название организации), где около полутора лет работал в литейной лаборатории в отделе главного металлурга. Остальные институтские товарищи
разошлись по разным организациям Ижевска и различным отделам завода.
Ознакомившись с технологией изготовления точного литья по выплавляемым моделям и проблемами высокого брака отливок (до 90 %), автор
решил поставить задачу — убрать размерный брак отливок. Этому способствовало и негативное отношение рабочих к инженерам в цехе, что
неудивительно при такой величине бракованных деталей. К этому времени пришло указание министерства провести анализ точности изготовления
деталей в литейном цехе по методике академии наук СССР. Эта работа
была поручена автору, так как автор по собственной инициативе стал изу-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]