Научные направления Физико-механического института

Коды ГРНТИ: 30.17.27, 30.17.53, 30.51.39

Руководитель направления: Смирнов Евгений Михайлович, д.ф.-м.н., профессор ВШПМиВФ, emsmirnov2003@mail.ru

Ведущие учёные:

• Зайцев Д.К., д.ф.-м.н., профессор, ВШПМиВФ
• Иванов Н.Г., к.ф.-м.н., директор ВШПМиВФ
• Рис В.В., к.т.н., директор НОЦ «Компьютерные технологии в аэродинамике и теплотехнике»
• Галаев С.А., к.т.н., доцент, ВШПМиВФ
• Засимова М.А., к.ф.-м.н., доцент, ВШПМиВФ
• Колесник Е.В., к.ф.-м.н., доцент, ВШПМиВФ

Актуальность исследований:

Турбулентность остаётся одной из сложнейших и наименее изученных областей физики. Численное моделирование позволяет глубже проникнуть в понимание природы турбулентных течений, особенно в случаях, когда геометрия потока имеет сложную конфигурацию. Экспериментально исследовать такие потоки зачастую невозможно либо чрезвычайно сложно. Поэтому численное моделирование турбулентных потоков играет ключевую роль в проектировании технических устройств и оптимизации технологических процессов. Моделируя течения в областях сложной формы, мы можем предсказывать и управлять характеристиками потоков жидкостей и газов, что значительно повышает надёжность конструкций и эффективность технологических процессов.

Научные результаты:

Программы для ЭВМ:

• СР 2022668974, 14 октября 2022 г. Программа предназначена для проведения математической оптимизации функций многих переменных (параметры оптимизации) с возможностью задания неопределенности в зависимости целевой функции от параметров оптимизации. Авторство: Галаев С.А., Засимова М.А., Иванов Н.Г., Колесник Е.В., Смирнов Е.М.
• СР 2022668786, 12 октября 2022 г. Программа предназначена для геометрической параметризации аэродинамических профилей лопаточных венцов турбомашин методом оптимизационной обработки исходной геометрической (поточечной) информации и последующего построения семейств профилей, задающих трёхмерную форму лопатки. Авторство: Галаев С.А., Зайцев Д.К., Левченя А.М., Рис В.В., Смирнов Е.М.

Коды ГРНТИ: 27.41.19, 30.17.23, 30.17.27, 30.17.53, 50.41.25

Руководитель направления: Смирнов Евгений Михайлович, д.ф.-м.н., профессор ВШПМиВФ, emsmirnov2003@mail.ru

Ведущие учёные:

• Зайцев Дмитрий Кириллович, д.ф.-м.н., доцент, профессор Высшей школы прикладной математики и вычислительной физики, zaitsev_dk@spbstu.ru
• Абрамов Алексей Геннадьевич, к.ф.-м.н., доцент Высшей школы прикладной математики и вычислительной физики, abramov_ag@spbstu.ru
• Колесник Елизавета Владимировна, к.ф.-м.н., доцент Высшей школы прикладной математики и вычислительной физики, kolesnik.ev1@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Современные задачи в области гидрогазодинамики требуют обработки больших объемов данных и выполнения сложных вычислений. Повышенные требования к точности прогнозов и моделирования приводят к увеличению потребности в более детальных моделях, что существенно увеличивает вычислительную нагрузку. Решение таких задач возможно благодаря применению высокопроизводительных кластерных систем, позволяющих проводить расчеты параллельно и равномерно распределять нагрузку. Однако эффективное использование таких систем требует специализированных программных средств, адаптированных для параллельных вычислений. Таким образом, разработка подобного программного обеспечения становится необходимым условием для успешного решения ресурсоемких задач.

Коды ГРНТИ: 30.17.27, 30.17.35, 30.17.53, 75.31.25, 28.23.37

Руководитель направления: Иванов Николай Георгиевич, к.ф.-м.н., и.о. директора Физико-механического института, ivanov_ng@spbstu.ru

Ведущие учёные:

• Смирнов Евгений Михайлович, д.ф.-м.н., профессор ВШПМиВФ, emsmirnov2003@mail.ru
• Засимова Марина Александровна, к.ф.-м.н., доцент Высшей школы прикладной математики и вычислительной физики, zasimova_ma@spbstu.ru
• Рис Владимир Вальдемарович, к.т.н., директор НОЦ «Компьютерные технологии в аэродинамике и теплотехнике», vvris@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Вентиляционные системы играют ключевую роль в обеспечении комфортных условий, безопасности и энергоэффективности зданий, промышленных объектов, транспорта и других закрытых пространств. Их оптимизация помогает улучшить качество воздуха, уменьшить энергозатраты и сократить риски для здоровья людей. Такие системы часто характеризуются сложными потоками, такими как турбулентность, многофазные течения, взаимодействие с преградами и нестационарные явления. Низкое качество воздуха негативно сказывается на самочувствии и работоспособности людей, вызывает накопление загрязняющих веществ, повышенную влажность, распространение инфекционных заболеваний и прочие неблагоприятные последствия. Численное моделирование позволяет оптимизировать вентиляционные системы, обеспечивая равномерное распределение воздушных масс и удаление загрязнений.

Коды ГРНТИ: 30.17.23, 34.57.23, 76.29.30, 76.29.33, 76.13.33

Руководитель направления: Смирнов Евгений Михайлович, д.ф.-м.н., профессор ВШПМиВФ

Ведущие учёные:

• Зайцев Дмитрий Кириллович, д.ф.-м.н., доцент, профессор Высшей школы прикладной математики и вычислительной физики, zaitsev_dk@spbstu.ru
• Юхнев Андрей Данилович, заведующий учебной лабораторией «Аэродинамика и гидроупругость», yuhnev_ad@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Создание научных основ, вычислительного инструментария и уникального экспериментального обеспечения для разработки прогностической методики оценки риска окклюзии сосудистых протезов, востребованное развитием персонализированной медицины.

Коды ГРНТИ: 29.05.29, 29.15.19, 29.03.45

Руководитель направления: Бердников Ярослав Александрович, д.ф.-м.н., профессор, старший научный сотрудник, berdnikov@spbstu.ru

Ведущие учёные:

• Котов Дмитрий Олегович, к.ф.-м.н., доцент Высшей школы фундаментальных физических исследований, Dmitriy.kotov@gmail.com
• Ларионова Дарья Максимовна, к.ф.-м.н., ассистент Высшей школы фундаментальных физических исследований, dashalario@gmail.com

Актуальность исследований:

Мегасайнс-проект NICA находится на завершающей стадии строительства в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в городе Дубна. Эксперименты на коллайдере NICA входят в авангард современной физической программы, посвящённой исследованию столкновений тяжёлых релятивистских ядер в диапазоне энергий до 11 ГэВ (эксперимент MPD) и столкновениям поляризованных пучков протонов при энергиях до 27 ГэВ (эксперимент SPD). Осуществляемая задача предполагает разработку методик и программных кодов для анализа первых экспериментальных данных, а также подготовку экспериментальных установок к началу набора данных на ускорительном пучке, что является обязательным условием для успешной реализации запланированных программ экспериментов MPD и SPD на коллайдере NICA.

Научные результаты:

• Программа для ЭВМ: «Программа уточнения калибровки узлов сети White Rabbit»

Коды ГРНТИ: 29.05.2029

Руководитель направления: Дубов Виктор Викторович, д.ф.-м.н., профессор, директор Высшей школы фундаментальных физических исследований, dubov@spbstu.ru

Ведущие учёные:

• Рощупкин Сергей Павлович, д.ф.-м.н., профессор Высшей школы фундаментальных физических исследований, Serg9rsp@gmail.com
• Бердников Ярослав Александрович, д.ф.-м.н., профессор Высшей школы фундаментальных физических исследований, ст.н.с., профессор, berdnikov@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Теоретическое обоснование и определение направлений ультрасовременных исследований взаимодействия частиц на ускорителях в полях сверхмощных лазеров.

Коды ГРНТИ: 29.27.25

Руководитель направления: Рожанский Владимир Александрович, д.ф.-м.н., профессор, заведующий научной лабораторией «Теория и моделирование плазмы токамаков», rozhansk@mail.ru

Ведущие учёные:

• Кавеева Елизавета Геннадьевна, д.ф.-м.н., профессор Высшей школы фундаментальных физических исследований, Elizaveta Kaveeva kaveeva_78@mail.ru
• Сениченков Илья Юрьевич, к.ф.-м.н., доцент, профессор Высшей школы фундаментальных физических исследований, i.senichenkov@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Моделирование взаимодействия плазмы со стенками токамака-реактора с целью выбора оптимальных режимов его работы.

Научные результаты:

• №2021668689 от 18 ноября 2021 г. «Программа для обработки компонент уравнения баланса энергии, вычисленных в результате моделирования кодом SOLPS-ITER с расширенной сеткой». Программа используется для контроля баланса энергии при расчетах кодом SOLPS-ITER.
• №2022660802 от 9 июня 2022 г. «Программа для реализации схемы стабилизации численных осцилляций в коде SOLPS-ITER». Программа предназначена для изучения численной неустойчивости, возникающей в коде SOLPS-ITER, и поиска параметров для её устранения.

Коды ГРНТИ: 29.19.22, 29.31.27

Руководитель направления: Журихина Валентина Владимировна, д.ф.-м.н., доцент, профессор Высшей школы фундаментальных физических исследований, zhurihina_vv@spbstu.ru

Ведущие учёные:

• Липовский Андрей Александрович, д.ф.-м.н., профессор Высшей школы фундаментальных физических исследований, A.Lipovskii@spbstu.ru
• Таганцев Дмитрий Кириллович, д.ф.-м.н., профессор Высшей школы физики и технологий материалов, tagantsev_dk@spbstu.ru
• Щербак Сергей Александрович, к.ф.-м.н., доцент Высшей школы фундаментальных физических исследований, tsherbak_sa@spbstu.ru
• Бабич Екатерина Сергеевна, к.ф.-м.н., доцент, babich_es@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Подложки для SERS-датчиков на основе поверхностных биметаллических наноструктур имеют большой потенциал применения в медицине, биомедицинском мониторинге, контроле токсичных соединений и обнаружении взрывчатых веществ. Они способны стать достойной заменой зарубежным аналогам и успешно конкурировать с существующими продуктами российского рынка. Лазерная модификация оптических материалов открывает перспективы создания новых поколений дифракционных и нелинейно-оптических приборов, а также обеспечивает универсальный контроль характеристик массива градиентных микролинз, создавая основу для формирования градиентных оптических структур с заданными параметрами и управления оптической нелинейностью вблизи поверхности стекла. Потенциальные области применения: сенсорные устройства, микрооптика, нелинейная оптика, градиентная оптика, наноплазмоника, лаборатории-на-чипе.

Научные результаты:

• Программа для расчета параметров диффузии по спектрам мод оптических волноводов. Авторы: Журихина В.В., Липовский А.А., Таганцев Д.К. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2024687605 от 20 ноября 2024 г.
• Программа для расчета формирования металлических наночастиц в ионообменном стекле. Авторы: Бабич Е.С., Журихина В.В., Липовский А.А., Усова А.А. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2023668869 от 5 сентября 2023 г.
• Программа для расчета эффективной диэлектрической проницаемости двухкомпонентной композитной среды. Авторы: Журихина В.В., Липовский А.А.

Коды ГРНТИ: 41.21.25

Руководитель направления: Остряков Валерий Митрофанович, д.ф.-м.н., профессор, профессор ВШФФИ, valery11@mail.ru, тел.: +7 (XXX) XXX XX XX

Ведущие учёные:

• Константинов Алексей Николаевич, к.ф.-м.н., доцент, доцент ВШФФИ, ank-astro@yandex.ru, тел.: +7 (XXX) XXX XX XX

Актуальность исследований:

Изучение прошлого Земли, Солнца и межзвёздной среды, включая опасности для земной жизни, проводится по изотопным следам на Земле, Луне и планетах.

Коды ГРНТИ: 41.17.31

Руководитель направления: Быков Андрей Михайлович, д.ф.-м.н., профессор, чл.-корр. РАН, профессор ВШФФИ, byk@astro.ioffe.ru, тел.: +7 (XXX) XXX XX XX

Ведущие учёные:

• Каляшова Мария Евгеньевна, к.ф.-м.н., старший преподаватель ВШФФИ
• Кропотина Юлия Андреевна, к.ф.-м.н., доцент ВШФФИ
• Осипов Сергей Михайлович, к.ф.-м.н., доцент ВШФФИ

Актуальность исследований:

Изучаются источники космического излучения высокой энергии (остатки сверхновых, скопления галактик и другие объекты) и моделируются физические процессы, происходящие в них.

Коды ГРНТИ: 30.03.2015

Руководитель направления: Кривцов Антон Мирославович, д.ф.-м.н., член-корр. РАН, директор Высшей школы теоретической механики и математической физики, akrivtsov@bk.ru

Ведущие учёные:

• Гаврилов Сергей Николаевич, д.ф.-м.н., профессор ВШТМиМФ, gavrilov_sn@spbstu.ru
• Порубов Алексей Викторович, д.ф.-м.н., профессор ВШТМиМФ, porubov_av@spbstu.ru
• Грекова Елена Фёдоровна, д.ф.-м.н., профессор ВШТМиМФ, grekova_ef@spbstu.ru
• Кузькин Виталий Андреевич, д.ф.-м.н., профессор ВШТМиМФ, kuzkin@spbstu.ru
• Щербинин Степан Александрович, к.ф.-м.н., доцент ВШТМиМФ, tsherbinin_sa@spbstu.ru
• Мурачёв Андрей Сергеевич, к.ф.-м.н., доцент ВШТМиМФ, andrey.murachev@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Разработаны единые аналитические и компьютерные подходы к моделированию процессов в конденсированном веществе с дискретной структурой: наносистемы, среды с нарушениями сплошности (разрушением), гранулированные среды, астрофизические системы.
Созданы аналитические методы перехода от параметров дискретных микросистем к термомеханическим характеристикам континуальных макросистем.
Разработаны эффективные алгоритмы и пакеты программ для многопроцессорных вычислительных систем, позволяющие производить моделирование систем, состоящих из миллиардов частиц при близких взаимодействиях и миллионов частиц при дальних взаимодействиях.
Определены условия и ограничения применения методов континуальной механики к объектам наноразмеров; выявлены неоднозначности некоторых механических характеристик на наноуровне.

Научные результаты:

Программы для ЭВМ:

• Программа для расчета амплитуд синусоидальных температурных полей в одномерном гармоническом кристалле с присоединенной массой.
• Программа для моделирования изменения во времени синусоидального температурного поля в одномерном ангармоническом кристалле с присоединенной массой.
• Программа для моделирования распространения тепла в полубесконечной цепочке Гука при мгновенном точечном подводе тепловой энергии.
• Программа для моделирования распространения тепла в одномерном полубесконечном гармоническом кристалле при начальном прямоугольном тепловом возмущении.
• Программа для моделирования баллистического распространения тепла в одномерном гармоническом кристалле методом молекулярной динамики.
• Программа для моделирования перераспределения кинетических температур в однородно нагретой ГЦК-решётке с взаимодействиями Леннарда-Джонса.
• Программа для расчета эволюции на суперкомпьютере синусоидального теплового профиля в одномерной модели акустического метаматериала.

Коды ГРНТИ: 44.33.33

Руководитель направления: Новокшенов Алексей Дмитриевич, к.т.н., доцент Высшей школы механики и процессов управления, novoksh_ad@spbstu.ru

Ведущие учёные:

• Лобачев Максим Игоревич, ассистент ВШМПУ, инженер Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга», lobachev_mi@spbstu.ru
• Кожанова Полина Андреевна, инженер ВШМПУ, kozhanova_pa@spbstu.ru
• Исаев Кирилл Олегович, инженер ВШМПУ, isaev_ko@spbstu.ru
• Морозов Дмитрий Владимирович, инженер ВШМПУ, morozov_dvl@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Проект ITER — первый в мире экспериментальный термоядерный реактор, целью которого является демонстрация возможности коммерческого использования энергии термоядерного синтеза. Масштаб сложности проекта сравним со сложностью Большого адронного коллайдера, и большое число технических решений, реализованных при проектировании компонентов ITER, содержат элементы научных исследований и опытно-конструкторских работ (НИР/НИОКР). Высшая школа механики и процессов управления уже около 15 лет активно участвует в выполнении таких НИОКР, а накопленные за этот период знания и компетенции позволят в дальнейшем сделать значительный вклад в разработку российских токамаков.

Коды ГРНТИ: 28.23.00

Руководитель направления: Новокшенов Алексей Дмитриевич, к.т.н., доцент Высшей школы механики и процессов управления, novoksh_ad@spbstu.ru

Ведущие учёные:

• Авдонюшкин Дмитрий Викторович, инженер Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга», avdonyushkin_dv@spbstu.ru
• Матвеева Анастасия Игоревна, инженер Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга», matveeva_ai@spbstu.ru
• Кравчинский Сергей Андреевич, инженер Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга», kravchinskij_sa@spbstu.ru
• Бобин Кирилл Александрович, инженер Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга», bobin_ka@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Структурная оптимизация в механике и искусственный интеллект в механике — одни из наиболее актуальных направлений мировых исследований в области слияния механики и компьютерных наук. Разработка алгоритмов топологической оптимизации конструкций, подверженных действию мультифизических полей, и применение искусственного интеллекта для ускорения задач вычислительной механики — ключевые компоненты для создания системы интеллектуального проектирования конструкций.

Научные результаты:

• Программа для ЭВМ «Программа выбора неповторяющихся случайных результатов из большого массива данных (Big Data)», 2022 г.
• Программа для ЭВМ «Специализированное программное обеспечение для проведения топологической оптимизации деталей из композиционного материала с матрицей из суперконструкционного термопласта, армированного углеродным волокном», 2023 г.
• Программа для ЭВМ «Программа параметрической оптимизации демонстратора программного комплекса автоматизированного проектирования и расчёта электрических винтовых моторных групп беспилотных воздушных судов», 2024 г.

Коды ГРНТИ: 30.15.27

Руководитель направления: Лукин Алексей Вячеславович, к.ф.-м.н., доцент Высшей школы механики и процессов управления, lukin_av@spbstu.ru

Ведущие учёные:

• Штукин Леонид Владимирович, к.ф.-м.н., доцент ВШМиПУ
• Привалова Ольга Васильевна, к.т.н., доцент ВШМиПУ, privalova_ov@spbstu.ru
• Попов Иван Алексеевич, старший преподаватель Высшей школы передовых цифровых технологий, инженер-исследователь НОЦ «Цифровой инжиниринг в атомной и термоядерной энергетике», popov_ia@spbstu.ru
• Пискун Надежда Вячеславовна, ассистент Высшей школы электроники и микросистемной техники, инженер-исследователь НОЦ «Цифровой инжиниринг в атомной и термоядерной энергетике», mozhgova_nv@spbstu.ru
• Удалов Павел Павлович, ассистент Высшей школы электроники и микросистемной техники, инженер-исследователь НОЦ «Цифровой инжиниринг в атомной и термоядерной энергетике», udalov_pp@spbstu.ru

Актуальность исследований:

Исследования направлены на математическое моделирование и разработку перспективных архитектур микромеханических (изготовленных с помощью объёмной и поверхностной микрообработки кремния) и низкоразмерных наномеханических (изготовленных из двумерных материалов) подвижных элементов нано- и микросистем различного назначения: инерциальных сенсоров, био- и газоаналитических систем — датчиков давления и концентрации газов, детекторов сверхмалых масс осаждаемых частиц (высокоточные микровесы), микрофлюидных устройств (микроканальных МЭМС-датчиков анализа частиц в жидкостях) и др.

Актуальность исследований обусловлена необходимостью наличия компактных, высокоточных и экономически выгодных сенсоров разного назначения: для инерциальных навигационных систем, био- и газоаналитических мультисенсорных систем мониторинга окружающей среды, контроля качества продукции парфюмерной, пищевой и нефтегазовой промышленности в рамках промышленного Интернета вещей, а также для персональной экспресс-диагностики заболеваний и биохимических показателей организма человека и пр.