Научные направления Физико-механического института

  • 1. Численное моделирование турбулентных течений в областях сложной геометрии

    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.

  • 2. Разработка программных средств для решения ресурсоемких задач гидрогазодинамики на высокопроизводительных кластерных системах

    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.

  • 3. Вычислительные модели и задачи оптимизации сложных вентиляционных течений

    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.

  • 4. Гидродинамика кровообращения

    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.

  • 5. Физика атомного ядра и элементарных частиц

    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»

  • 6. Резонансные взаимодействия частиц в сильных полях

    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.

  • 7. Моделирование пристеночной плазмы токамаков

    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.

  • 8. Многофункциональные стеклообразные материалы для микрооптики и наноплазмоники

    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.

  • 9. Палеоастрофизика и астробиология

    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.

  • 10. Астрофизика высоких энергий

    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.

  • 11. Механика дискретных сред

    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.
  • 12. Механическое состояние диагностического оборудования токамака ITER в условиях экстремальных тепловых, электромагнитных и механических воздействий

    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.

  • 13. Структурная и параметрическая оптимизация и искусственный интеллект в задачах механики

    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.
  • 14. Нелинейная динамика, управление движением и синтез моделей пониженного порядка в задачах проектирования Н/МЭМС

    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.