Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов
Разработан алгоритм метода инженерного синтеза (конструирования) материалов (ИКМ) как итерационный цикл, состоящий из нескольких шагов, который может быть применен при создании новых материалов. Алгоритм основан на комбинации имитационного, в частности квантово-имитационного, моделирования и экспери...
Saved in:
| Date: | 2014 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
2014
|
| Series: | Электронное моделирование |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101011 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов / С.И. Сидоренко, С.А. Замулко, С.И. Конорев // Электронное моделирование. — 2014 — Т. 36, № 4. — С. 25-32. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-101011 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1010112025-02-23T20:04:15Z Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов Сидоренко, С.И. Замулко, С.А. Конорев, С.И. Математические методы и модели Разработан алгоритм метода инженерного синтеза (конструирования) материалов (ИКМ) как итерационный цикл, состоящий из нескольких шагов, который может быть применен при создании новых материалов. Алгоритм основан на комбинации имитационного, в частности квантово-имитационного, моделирования и экспериментальной проверки его предполагаемых результатов. Алгоритм ИКМ объединяет прямую и обратную задачи компьютерного синтеза материалов и указывает кратчайший путь достижения поставленной цели. Розроблено алгоритм метода інженерного синтезу (конструювання) матеріалів (ІКМ) як ітераційний цикл, що складається з декількох кроків, який може бути застосований при створенні нових матеріалів. В основу алгоритму покладено комбінацію імітаційного, зокрема квантово-імітаційного, моделювання та експериментальної перевірки його передбачуваних результатів. Алгоритм ІКМ об’єднує пряму і обернену задачі комп’ютерного синтезу матеріалів та вказує найкоротший шлях досягнення поставленої мети. The algorithm of the Computational Materials Design (CMD) method as an iterative loop with several steps has been developed. The algorithm is based on a combination of simulation (in particular — quantum-simulation modeling) and experimental verification of its supposed results. The algorithm proposed combines both «a direct» as well as «an inverse» problems of CMD and shows the shortest way to achieve the formulated goal. 2014 Article Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов / С.И. Сидоренко, С.А. Замулко, С.И. Конорев // Электронное моделирование. — 2014 — Т. 36, № 4. — С. 25-32. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. 0204-3572 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101011 621.793:539.23 ru Электронное моделирование application/pdf Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Математические методы и модели Математические методы и модели |
| spellingShingle |
Математические методы и модели Математические методы и модели Сидоренко, С.И. Замулко, С.А. Конорев, С.И. Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов Электронное моделирование |
| description |
Разработан алгоритм метода инженерного синтеза (конструирования) материалов (ИКМ) как итерационный цикл, состоящий из нескольких шагов, который может быть применен при создании новых материалов. Алгоритм основан на комбинации имитационного, в частности квантово-имитационного, моделирования и экспериментальной проверки его предполагаемых результатов. Алгоритм ИКМ объединяет прямую и обратную задачи компьютерного синтеза материалов и указывает кратчайший путь достижения поставленной цели. |
| format |
Article |
| author |
Сидоренко, С.И. Замулко, С.А. Конорев, С.И. |
| author_facet |
Сидоренко, С.И. Замулко, С.А. Конорев, С.И. |
| author_sort |
Сидоренко, С.И. |
| title |
Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов |
| title_short |
Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов |
| title_full |
Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов |
| title_fullStr |
Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов |
| title_full_unstemmed |
Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов |
| title_sort |
обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов |
| publisher |
Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Математические методы и модели |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/101011 |
| citation_txt |
Обобщенный алгоритм инженерного синтеза материалов / С.И. Сидоренко, С.А. Замулко, С.И. Конорев // Электронное моделирование. — 2014 — Т. 36, № 4. — С. 25-32. — Бібліогр.: 20 назв. — рос. |
| series |
Электронное моделирование |
| work_keys_str_mv |
AT sidorenkosi obobŝennyjalgoritminženernogosintezamaterialov AT zamulkosa obobŝennyjalgoritminženernogosintezamaterialov AT konorevsi obobŝennyjalgoritminženernogosintezamaterialov |
| first_indexed |
2025-11-24T21:20:11Z |
| last_indexed |
2025-11-24T21:20:11Z |
| _version_ |
1849708208380182528 |
| fulltext |
ÓÄÊ 621.793:539.23
Ñ.È. Ñèäîðåíêî, ÷ë.-êîð. ÍÀÍ Óêðàèíû,
Ñ.À. Çàìóëêî, êàíä. òåõí. íàóê, Ñ.È. Êîíîðåâ
Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò Óêðàèíû
«Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò»
(Óêðàèíà, 03056, Êèåâ, ïð. Ïîáåäû, 37, êîðï. 9,
òåë. +38044 4549199, åmail: sidorenko@kpi.ua;
òåë. +38044 4549771, +380503587069, åmail: zamulko@kpm.kpi.ua;
òåë. +38044 4549773, +38097 7047837, åmail: konorev@kpm.kpi.ua)
Îáîáùåííûé àëãîðèòì
èíæåíåðíîãî ñèíòåçà ìàòåðèàëîâ
Ðàçðàáîòàí àëãîðèòì ìåòîäà èíæåíåðíîãî ñèíòåçà (êîíñòðóèðîâàíèÿ) ìàòåðèàëîâ (ÈÊÌ)
êàê èòåðàöèîííûé öèêë, ñîñòîÿùèé èç íåñêîëüêèõ øàãîâ, êîòîðûé ìîæåò áûòü ïðèìåíåí
ïðè ñîçäàíèè íîâûõ ìàòåðèàëîâ. Àëãîðèòì îñíîâàí íà êîìáèíàöèè èìèòàöèîííîãî, â
÷àñòíîñòè êâàíòîâî-èìèòàöèîííîãî, ìîäåëèðîâàíèÿ è ýêñïåðèìåíòàëüíîé ïðîâåðêè åãî
ïðåäïîëàãàåìûõ ðåçóëüòàòîâ. Àëãîðèòì ÈÊÌ îáúåäèíÿåò ïðÿìóþ è îáðàòíóþ çàäà÷è
êîìïüþòåðíîãî ñèíòåçà ìàòåðèàëîâ è óêàçûâàåò êðàò÷àéøèé ïóòü äîñòèæåíèÿ ïîñòàâ-
ëåííîé öåëè.
Ðîçðîáëåíî àëãîðèòì ìåòîäà ³íæåíåðíîãî ñèíòåçó (êîíñòðóþâàííÿ) ìàòåð³àë³â (²ÊÌ) ÿê
³òåðàö³éíèé öèêë, ùî ñêëàäàºòüñÿ ç äåê³ëüêîõ êðîê³â, ÿêèé ìîæå áóòè çàñòîñîâàíèé ïðè
ñòâîðåíí³ íîâèõ ìàòåð³àë³â.  îñíîâó àëãîðèòìó ïîêëàäåíî êîìá³íàö³þ ³ì³òàö³éíîãî, çîêðåìà
êâàíòîâî-³ì³òàö³éíîãî, ìîäåëþâàííÿ òà åêñïåðèìåíòàëüíî¿ ïåðåâ³ðêè éîãî ïåðåäáà÷óâàíèõ
ðåçóëüòàò³â. Àëãîðèòì ²ÊÌ îá’ºäíóº ïðÿìó ³ îáåðíåíó çàäà÷³ êîìï’þòåðíîãî ñèíòåçó ìàòåð³à-
ë³â òà âêàçóº íàéêîðîòøèé øëÿõ äîñÿãíåííÿ ïîñòàâëåíî¿ ìåòè.
Ê ë þ ÷ å â û å ñ ë î â à: èíæåíåðíîå êîíñòðóèðîâàíèå ìàòåðèàëîâ, íîâûå ìàòåðèàëû ñ íà-
ïåðåä çàäàííûìè ñâîéñòâàìè, ïðÿìàÿ çàäà÷à, îáðàòíàÿ çàäà÷à.
Èñïîëüçîâàíèå èíôîðìàöèîííî-êîììóíèêàöèîííûõ òåõíîëîãèé ðàñøè-
ðÿåò âîçìîæíîñòè êàê èìèòàöèîííîãî êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ è
âû÷èñëèòåëüíûõ ýêñïåðèìåíòîâ [1], òàê è èíæåíåðíîãî «êîíñòðóèðîâà-
íèÿ» íîâûõ ìàòåðèàëîâ [2—5], ïîä êîòîðûì ïîäðàçóìåâàåòñÿ ðåøåíèå
çàäà÷ ïî ñîçäàíèþ íîâûõ ìàòåðèàëîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìåòîäîâ èìèòà-
öèîííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, â òîì ÷èñëå êâàíòîâî-èìèòàöèîííîãî.
Êàê óêàçàíî â ðàáîòå [6], èíæåíåðíîå êîíñòðóèðîâàíèå ìàòåðèàëîâ
(ÈÊÌ) ñâîäèòñÿ ê ñëåäóþùèì òðåì çàäà÷àì: ïðÿìîé çàäà÷å, îáðàòíîé
çàäà÷å ïåðâîãî ðîäà è îáðàòíîé çàäà÷å âòîðîãî ðîäà. Ðåøåíèåì ïåðâûõ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 4 25
� Ñ.È. Ñèäîðåíêî, Ñ.À. Çàìóëêî, Ñ.È. Êîíîðåâ, 2014
äâóõ çàäà÷ ÿâëÿåòñÿ ñîçäàíèå íîâåéøèõ çíàíèé íà îñíîâå óæå íàêîïëåí-
íûõ ñ èñïîëüçîâàíèåì ìàòåðèàëîâåä÷åñêèõ áàç äàííûõ. Ðåøåíèå îáðàò-
íîé çàäà÷è âòîðîãî ðîäà îñóùåñòâëÿåòñÿ ñ ïîìîùüþ ìåòîäîâ êâàíòîâî-
èìèòàöèîííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ (íàïðèìåð, ab initio ìåòîäîâ [7] êàê îäíîãî
èç íàèáîëåå òî÷íûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìåòîäîâ) [4, 8, 9], â ðåçóëüòàòå ÷åãî
ïîëó÷àþò ìàòåðèàëû ñ íàïåðåä çàäàííûìè ñâîéñòâàìè [10, 11].
 çàäà÷àõ ôèçè÷åñêîãî ìàòåðèàëîâåäåíèÿ è ôèçèêè òâåðäîãî òåëà,
ðåøàåìûõ â ðàìêàõ óêàçàííîãî ïîäõîäà, ïðåäóñìàòðèâàåòñÿ èñïîëüçîâà-
íèå âû÷èñëèòåëüíûõ Ãðèä-òåõíîëîãèé, ò.å. ïðîãðàììíî-àïïàðàòíûõ
ñðåäñòâ, êîòîðûå ìîãóò ðàáîòàòü â ðàñïðåäåëåííûõ è ãåîãðàôè÷åñêè îò-
äàëåííûõ ðàçíîðîäíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ñðåäàõ äëÿ ðàñ÷åòíûõ ïðîöåäóð
áîëüøîãî îáúåìà.
Òàêèì îáðàçîì, â ìàòåðèàëîâåäåíèè àêöåíòû ñåãîäíÿ ñìåùàþòñÿ â
ñòîðîíó òåîðåòè÷åñêîãî êîíñòðóèðîâàíèÿ (ïðîãíîçèðîâàíèÿ) íîâûõ ìàòå-
ðèàëîâ è ïîèñêà èõ íîâûõ ñâîéñòâ íà îñíîâå íàêîïëåíèÿ è àíàëèçà ìèðî-
âûõ áàç äàííûõ. Â ìèðå îáñóæäàåòñÿ èäåÿ ðàçâèòèÿ ãëîáàëüíîé ñåòè
[12––14], êîòîðàÿ ÿâëÿëàñü áû ñïåöèàëèçèðîâàííûì èíôîðìàöèîííûì
ïðîñòðàíñòâîì íå òîëüêî äëÿ èíòåãðàöèè áàç äàííûõ, íàêàïëèâàåìûõ â
íàó÷íûõ öåíòðàõ ìèðà, íî è äëÿ ðåàëèçàöèè èäåîëîãèè êîìïüþòåðíîãî
êîíñòðóèðîâàíèÿ ìàòåðèàëîâ (Data Base Science and Science on Materials
Design).
Ïðè ñîçäàíèè íîâûõ ìàòåðèàëîâ îñîáîå çíà÷åíèå èìååò ïðåäâàðè-
òåëüíàÿ òåîðåòè÷åñêàÿ ðàáîòà, à êîìïüþòåðíûé ýêñïåðèìåíò ñòàíîâèòñÿ
íå ìåíåå âàæíûì, ÷åì ôèçè÷åñêèé.  ñðåäíåñðî÷íîé ïåðñïåêòèâå (5—10
ëåò) ñðåäñòâà êîìïüþòåðíîãî êîíñòðóèðîâàíèÿ ìàòåðèàëîâ ñ èñïîëüçîâà-
íèåì ìåòîäîâ èìèòàöèîííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, â òîì ÷èñëå ìåòîäîâ êâàí-
òîâîãî êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, áóäóò èãðàòü òàêóþ æå âàæíóþ
ðîëü â íàíîòåõíîëîãèÿõ, êàê ñèñòåìû Computer-Aided Engineering (CAE) è
ðàñ÷åòû íà èõ îñíîâå â ñîâðåìåííîì ìàøèíîñòðîåíèè. Ïîýòîìó â ðàìêàõ
òåîðåòè÷åñêîãî ìàòåðèàëîâåäåíèÿ âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü â ïîñòðîåíèè
àëãîðèòìîâ è îáîáùåííûõ ñõåì, ïî êîòîðûì ìîãóò áûòü ñîçäàíû ìàòå-
ðèàëû ñ íàïåðåä çàäàííûìè ñâîéñòâàìè.
 îñíîâå ïðåäëàãàåìîãî àëãîðèòìà ÈÊÌ ëåæèò êîìáèíàöèÿ èìèòàöèîí-
íîãî, â ÷àñòíîñòè êâàíòîâî-èìèòàöèîííîãî, ìîäåëèðîâàíèÿ è ýêñïåðèìåí-
òàëüíîé ïðîâåðêè ðåçóëüòàòîâ ïðîãíîçèðîâàíèÿ òàêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ.
Àëãîðèòìû è ñõåìû ÈÊÌ, êîòîðûå ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû â
àëãîðèòìàõ ÈÊÌ ïðè ðåøåíèè ïðÿìîé è îáðàòíîé çàäà÷ ïåðâîãî ðîäà,
ñëåäóþùèå.
1. Êëàñòåðíûé àíàëèç — ìîæåò áûòü èíòåãðèðîâàí â àëãîðèòìû ÈÊÌ
äëÿ àíàëèçà ýêñïåðèìåíòîâ ñ ïîëó÷åíèåì áîëüøîãî êîëè÷åñòâà äàííûõ.
Ñ.È. Ñèäîðåíêî, Ñ.À. Çàìóëêî, Ñ.È. Êîíîðåâ
26 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 4
2. Ìîäåëè ïðîãíîçèðîâàíèÿ — ìîãóò áûòü èíòåãðèðîâàíû â àëãî-
ðèòìû ÈÊÌ äëÿ êëàññèôèêàöèè äàííûõ è èäåíòèôèêàöèè ïðîöåññîâ,
ñâîéñòâ, ïðèçíàêîâ è äðóãèõ èññëåäóåìûõ è ïðîãíîçèðóåìûõ îáúåêòîâ.
Óñëîâèåì èõ ïðèìåíåíèÿ ÿâëÿåòñÿ êîíå÷íîñòü íàáîðà ñâîéñòâ è ïðèçíàêîâ
èññëåäóåìûõ îáúåêòîâ.
3. Àíàëèç íà àññîöèàöèè — ìîæåò áûòü èíòåãðèðîâàí â àëãîðèòìû
ÈÊÌ è èñïîëüçîâàí äëÿ ðàçðàáîòêè ýâðåñòè÷åñêèõ ïðàâèë àíàëèçà ñâîéñòâ
ìàòåðèàëîâ è èõ ïîâåäåíèÿ íà îñíîâå áîëüøèõ ìàññèâîâ äàííûõ.
4. Îáíàðóæåíèå àíîìàëèé — ìîæåò áûòü èíòåãðèðîâàíî â çàâåðøàþ-
ùèå ýòàïû àëãîðèòìîâ ÈÊÌ êàê ñòàäèÿ îöåíêè è ïðîâåðêè ïîëó÷åííûõ
äàííûõ íà èõ àäåêâàòíîñòü.
 ðàáîòå [15] ïðåäñòàâëåí îáçîð 87 íàèáîëåå ïîëíûõ ìàòåðèàëîâåä-
÷åñêèõ áàç äàííûõ.  áîëüøèíñòâå èç íèõ óæå ðåàëèçîâàíû ýëåìåíòû
ïåðå÷èñëåííûõ ñõåì.
 ðàáîòå [16] ðàññìîòðåíû íà÷àëüíûå ñòàäèè êîíñòðóèðîâàíèÿ íîâûõ
ìàòåðèàëîâ. Ïðèâåäåíû ñõåìû, èñïîëüçóåìûå äëÿ âûáîðà ïåðñïåêòèâíûõ
ñîñòàâîâ ìàòåðèàëîâ, îñíîâàííîãî íà æåëàåìûõ ýêñïëóàòàöèîííûõ õàðàê-
òåðèñòèêàõ â ñî÷åòàíèè ñî ñòðóêòóðîé è ôèçè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè, ò.å.
ýòàïàõ ñõåì, ïðåäøåñòâóþùèõ ñòàäèÿì êâàíòîâî-èìèòàöèîííîãî ìîäåëè-
ðîâàíèÿ. Îñóùåñòâëåíà ïîïûòêà àëãîðèòìèçèðîâàòü ïðîöåññû âûáîðà ìà-
òåðèàëîâ äëÿ ïðîâåäåíèÿ èññëåäîâàíèé. Îäíàêî â ðàáîòå [16] íå äàí îòâåò
íà âîïðîñ, êàê äîâåñòè òåîðåòè÷åñêè ðàçðàáîòàííûé ìàòåðèàë äî ïðîìûø-
ëåííîé ýêñïëóàòàöèè.
Åùå îäíèì âàæíûì ïðèìåðîì ïðèìåíåíèÿ âû÷èñëåíèé íà îñíîâå
ab initio ïîäõîäîâ ÿâëÿåòñÿ èññëåäîâàíèå òåðìîäèíàìè÷åñêèõ, ñòðóêòóð-
íûõ, ýëåêòðîííûõ, óïðóãèõ, ìåõàíè÷åñêèõ è äðóãèõ ñâîéñòâ âûñîêîýíòðî-
ïèéíûõ ñïëàâîâ íà îñíîâå FeTiCoNiVCrMnCuAl, FeNiCrCuCo è äð. [17,
18]. Ýòî íàó÷íîå íàïðàâëåíèå âåñüìà ïåðñïåêòèâíî â ïëàíå èñïîëüçîâàíèÿ
ÈÊÌ äëÿ ïðÿìîé è îáðàòíîé çàäà÷ ïåðâîãî è âòîðîãî ðîäà.
Èñïîëüçîâàíèå óêàçàííûõ àëãîðèòìîâ ÈÊÌ è ñõåì êîíñòðóèðîâàíèÿ
ìàòåðèàëîâ ïîçâîëÿåò ðàçðàáîò÷èêàì îãðàíè÷èòü îáëàñòü ïîèñêà ïðè ñîç-
äàíèè ìàòåðèàëà ñ íàïåðåä çàäàííûìè ñâîéñòâàìè.
Ñîçäàíèå íîâûõ ìàòåðèàëîâ ñ íàïåðåä çàäàííûìè ñâîéñòâàìè ïðåäó-
ñìàòðèâàåò ïðîâåäåíèå áîëüøîãî ÷èñëà äîðîãîñòîÿùèõ èññëåäîâàíèé,
÷àñòü êîòîðûõ ìîæíî çàìåíèòü áîëåå ýêîíîìè÷åñêè âûãîäíûìè âû÷èñ-
ëèòåëüíûìè ýêñïåðèìåíòàìè.
Ìåòîäàìè êâàíòîâî-èìèòàöèîííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ íåîáõîäèìî óñ-
òàíîâèòü õèìè÷åñêèé ñîñòàâ ìàòåðèàëà è îïðåäåëèòü, êàêèå êðèñòàëëî-
ãðàôè÷åñêèå ñòðóêòóðû îáåñïå÷èâàþò åãî íåîáõîäèìûå íàïåðåä çàäàííûå
ñâîéñòâà. Ñëåäîâàòåëüíî, íàïåðåä çàäàííûå ñâîéñòâà – ýòî èñõîäíûå óñëî-
âèÿ çàäà÷è, à ïîèñê ñîñòàâà è êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèõ ñòðóêòóð, ñ ïîìîùüþ
Îáîáùåííûé àëãîðèòì èíæåíåðíîãî ñèíòåçà ìàòåðèàëîâ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 4 27
êîòîðûõ ýòè íàïåðåä çàäàííûå ñâîéñòâà ìîãóò áûòü äîñòèãíóòû, — öåëü,
êîòîðàÿ äîëæíà áûòü äîñòèãíóòà â ðåçóëüòàòå ðåøåíèÿ çàäà÷è.
Ñîãëàñíî [19] àëãîðèòì ÈÊÌ ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåí êàê èòåðà-
öèîííûé ïðîöåññ ñî ñëåäóþùèìè øàãàìè:
1. Êâàíòîâî-èìèòàöèîííîå ìîäåëèðîâàíèå, ðåçóëüòàòû êîòîðîãî ÿâ-
ëÿþòñÿ îñíîâàíèåì äëÿ ðåêîìåíäàöèè íîâîãî ìàòåðèàëà;
2. Âûáîð ìåòîäà ïðîèçâîäñòâà è ðåêîìåíäîâàííîãî ìàòåðèàëà (íàïðè-
ìåð, èîííîå ðàñïûëåíèå, ýëåêòðîëèòè÷åñêîå è âàêóóìíîå îñàæäåíèå è äð.);
3. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ïðîâåðêà, äåéñòâèòåëüíî ëè ðåêîìåíäóåìûé
ìàòåðèàë èìååò íàïåðåä çàäàííûå ñâîéñòâà;
4. Ïðÿìàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ òåõíîëîãè÷åñêàÿ ïðîâåðêà âûáðàííîãî
ìàòåðèàëà (ò.å. ìîæíî ëè èç ýòîãî ìàòåðèàëà èçãîòîâèòü íåîáõîäèìûå äå-
òàëè, ýëåìåíòû è äð.).
Ýòè øàãè ïîâòîðÿþòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà èññëåäîâàòåëü íå ðàçðàáîòàåò
ìàòåðèàë, îáëàäàþùèé íåîáõîäèìûìè ñâîéñòâàìè. Îäíàêî ïðåäñòàâëåí-
íàÿ ñõåìà ìåòîäè÷åñêè íå ÿâëÿåòñÿ èñ÷åðïûâàþùåé. Òàê, íàïðèìåð, èñõîä-
íûé ïóíêò îáðàòíîé çàäà÷è — ôîðìóëèðîâàíèå íàïåðåä çàäàííûõ ñâîéñòâ —
â íåé îòñóòñòâóåò, à òàêæå åñòü äðóãèå ìåòîäè÷åñêèå íåòî÷íîñòè. Íî
àâòîðàì ðàáîòû [19] óäàëîñü îñóùåñòâèòü ãëàâíîå: â ðåçóëüòàòå ïðàêòè-
÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ ïðåäëîæåííîãî èìè àëãîðèòìà Computational ma-
terials design íà îñíîâå âû÷èñëèòåëüíûõ (îáðàòíîé çàäà÷è âòîðîãî ðîäà) è
ðåàëüíûõ ýêñïåðèìåíòîâ ñîçäàíû íîâûå êîìáèíàöèè òîíêîïëåíî÷íûõ ìàòå-
ðèàëîâ äëÿ ïîâûøåíèÿ ïëîòíîñòè çàïèñè ìàãíèòíûõ íîñèòåëåé èíôîðìàöèè.
Êîýôôèöèåíò ãèãàíòñêîãî ìàãíåòîñîïðîòèâëåíèÿ øåñòèñëîéíîé ïëåíî÷íîé
êîìïîçèöèè Fe-Co-Cu-Ru-Mn, êîòîðûé èñïîëüçóåòñÿ â íàñòîÿùåå âðåìÿ, ñîñ-
òàâëÿåò 19 %, à êîýôôèöèåíò ãèãàíòñêîãî ìàãíåòîñîïðîòèâëåíèÿ òðåõñëîé-
íîé òîíêîïëåíî÷íîé êîìïîçèöèè Cr-Ca-Ni-As-Fe-Cr-S — 720 %.
Ðàññìîòðèì ïðåäëàãàåìûé àëãîðèòì ÈÊÌ [20], êîòîðûé ïðåäñòàâëåí
íà ðèñóíêå. Èñõîäíûì ýòàïîì äàííîãî àëãîðèòìà ÿâëÿåòñÿ øàã 1 — ôèçè-
÷åñêèå ñâîéñòâà, òåõíîëîãè÷íîñòü è ýêñïëóàòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè.
Íà äàííîì ýòàïå îïðåäåëÿåòñÿ, êàêèìè ñâîéñòâàìè äîëæåí îáëàäàòü è äëÿ
ðåøåíèÿ êàêèõ çàäà÷ áóäåò èñïîëüçîâàí ìàòåðèàë, ñîñòàâ è êðèñòàëëî-
ãðàôè÷åñêóþ ñòðóêòóðó êîòîðîãî íåîáõîäèìî ñïðîãíîçèðîâàòü.
Íà ñëåäóþùåì ýòàïå (øàã 1à) íåîáõîäèìî îñóùåñòâèòü âûáîð èíòåð-
âàëîâ, â êîòîðûõ ïîèñê ìàòåðèàëà ñ æåëàåìûìè ñâîéñòâàìè (ïðÿìàÿ çàäà-
÷à è îáðàòíàÿ çàäà÷à ïåðâîãî ðîäà) ÿâëÿåòñÿ ïåðñïåêòèâíûì. Ýòîò ýòàï
îïèñàí â ðàáîòå [15].
Ïåðåõîä ê øàãó 2 îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîñëå îïðåäåëåíèÿ óêàçàííîãî èí-
òåðâàëà. Íà ýòîì ýòàïå ïðèìåíÿþòñÿ ìåòîäû êâàíòîâî-èìèòàöèîííîãî
ìîäåëèðîâàíèÿ (Quantum Design (QD)), ïîçâîëÿþùèå ðàññ÷èòûâàòü è èí-
Ñ.È. Ñèäîðåíêî, Ñ.À. Çàìóëêî, Ñ.È. Êîíîðåâ
28 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 4
Îáîáùåííûé àëãîðèòì èíæåíåðíîãî ñèíòåçà ìàòåðèàëîâ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 4 29
Àëãîðèòì ÈÊÌ äëÿ ðåøåíèÿ ïðÿìîé è îáðàòíîé çàäà÷
òåðïðåòèðîâàòü ñëåäóþùèå ñâîéñòâà è õàðàêòåðèñòèêè: çîííàÿ ýíåðãå-
òè÷åñêàÿ ñòðóêòóðà; ïëîòíîñòü ñîñòîÿíèé; çàðÿäîâàÿ ïëîòíîñòü; ïîëíàÿ
ýíåðãèÿ; ìàãíèòíûé ìîìåíò; ïåðèîä êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè; ìîäóëü
âñåñòîðîííåãî ñæàòèÿ; ýíåðãèÿ îáðàçîâàíèÿ; êîãåçèÿ; ôîíîííûé êîëåáàòåëü-
íûé ñïåêòð; ìîäóëü óïðóãîñòè; äèýëåêòðè÷åñêèå ñâîéñòâà; îïòè÷åñêàÿ ïðî-
âîäèìîñòü è äð. Ïîñêîëüêó ìåòîäû êâàíòîâî-èìèòàöèîííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ
áûñòðî ðàçâèâàþòñÿ, â áëèæàéøåé ïåðñïåêòèâå ñòàíåò âîçìîæíûì ïðîãíî-
çèðîâàòü åùå áîëåå øèðîêèé ñïåêòð ñâîéñòâ ìàòåðèàëîâ.
Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ïðè ïîèñêå ìàòåðèàëîâ ñ æåëàåìûìè ìåõàíè-
÷åñêèìè ñâîéñòâàìè áîëåå òî÷íûå ðåçóëüòàòû äàþò îäíè ìåòîäû êâàí-
òîâî-èìèòàöèîííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ, à ïðè ïîèñêå, íàïðèìåð, ýëåêòðî-
ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ, — äðóãèå. Êàêèå èìåííî ìåòîäû áóäóò èñïîëüçîâà-
íû íà ýòîì ýòàïå àëãîðèòìà, çàâèñèò îò êâàëèôèêàöèè ýêñïåðèìåíòàòîðà è
òåîðåòèêà. Äàëåå ïðîèñõîäèò ïåðåõîä ê øàãó 3.
Ïîñëå âûïîëíåíèÿ øàãîâ 3—5 ïðîèñõîäèò ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ïðî-
âåðêà (øàãè 6 è 7): èçãîòîâëåíèå îáðàçöîâ è îïðåäåëåíèå, äåéñòâèòåëüíî
ëè ýòè ðåàëüíî èçãîòîâëåííûå îáðàçöû èìåþò íåîáõîäèìûå íàïåðåä çà-
äàííûå ñâîéñòâà. ×èñëî öèêëîâ ýêñïåðèìåíòàëüíîé ïðîâåðêè (5-6-7) ìî-
æåò áûòü ìíîãîêðàòíûì, â çàâèñèìîñòè îò îáúåêòèâíûõ è ñóáúåêòèâíûõ
ôàêòîðîâ.  ñëó÷àå íåäîñòèæåíèÿ óñïåõà íà ñòàäèÿõ ýêñïåðèìåíòàëüíîé
ïðîâåðêè íåîáõîäèìî ïîâòîðèòü èòåðàöèîííûé öèêë 1à-2-3-4-5-6-7.
Åñëè ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ ïðîâåðêà äàëà ïîëîæèòåëüíûå ðåçóëüòàòû,
òî ïåðåõîäèì ê øàãó 9. Åñëè ðåçóëüòàòû ïðîâåðêè íà øàãå 9 èññëåäîâàòåëÿ
óäîâëåòâîðÿþò, çàäàíèå ñ÷èòàåòñÿ âûïîëíåííûì — ñîçäàí íîâûé ìàòå-
ðèàë. Åñëè ðåçóëüòàòû ïðîâåðêè íå óäîâëåòâîðÿþò èññëåäîâàòåëÿ, íåîáõî-
äèìî ïîâòîðèòü èòåðàöèîííûé öèêë, íà÷èíàÿ ñ øàãà 2.
×èñëî èòåðàöèîííûõ öèêëîâ, êîòîðûå íåîáõîäèìî áóäåò îñóùåñò-
âèòü, ïðåäâèäåòü íåâîçìîæíî. Ýòî çàâèñèò êàê îò îáúåêòèâíûõ ôàêòîðîâ,
íàïðèìåð ïðèðîäíàÿ ñëîæíîñòü ïîñòàâëåííîãî çàäàíèÿ (åñòü çàäàíèÿ, êî-
òîðûå âûïîëíèòü íåâîçìîæíî), òàê è îò ñóáúåêòèâíûõ (èíòóèöèÿ, îïûò è
ãëóáèíà çíàíèé ýêñïåðèìåíòàòîðà è òåîðåòèêà è äð.). Îäíàêî ïîíÿòíî, ÷òî
èñïîëüçîâàíèå ïðåäëîæåííîãî è àíàëîãè÷íûõ àëãîðèòìîâ ýêîíîìè÷åñêè âû-
ãîäíåå, ÷åì èçãîòîâëåíèå ñîòíè ñïëàâîâ è èõ èññëåäîâàíèå â íàäåæäå îòûñ-
êàòü «ñ÷àñòëèâûé» ñîñòàâ ñ íåîáõîäèìûìè ñâîéñòâàìè.
Âûâîäû
Ðàçðàáîòàííûé àëãîðèòì ÈÊÌ êàê èòåðàöèîííûé öèêë ìîæåò áûòü ïðè-
ìåíåí ïðè ñîçäàíèè íîâûõ ìàòåðèàëîâ. Â åãî îñíîâå ëåæèò êîìáèíàöèÿ
èìèòàöèîííîãî, â ÷àñòíîñòè êâàíòîâî-èìèòàöèîííîãî, ìîäåëèðîâàíèÿ è
Ñ.È. Ñèäîðåíêî, Ñ.À. Çàìóëêî, Ñ.È. Êîíîðåâ
30 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 4
ýêñïåðèìåíòàëüíîé ïðîâåðêè ðåçóëüòàòîâ ïðîãíîçèðîâàíèÿ òàêîãî ìîäå-
ëèðîâàíèÿ.
Àëãîðèòì ÈÊÌ ïîçâîëÿåò ñòðóêòóðèðîâàòü è îáîáùàòü ïðîöåññ êîíñò-
ðóèðîâàíèÿ ìàòåðèàëîâ ñ íàïåðåä çàäàííûìè ñâîéñòâàìè, à òàêæå îáîñíîâàí-
íî ïðîãíîçèðîâàòü ôèçè÷åñêè âîçìîæíûå ñâîéñòâà íîâîãî ìàòåðèàëà.
Àëãîðèòì ÈÊÌ îáúåäèíÿåò ïðÿìóþ è îáðàòíóþ çàäà÷è êîìïüþòåð-
íîãî êîíñòðóèðîâàíèÿ ìàòåðèàëîâ è óêàçûâàåò êðàò÷àéøèé ïóòü äîñòè-
æåíèÿ ïîñòàâëåííîé öåëè.
Èñïîëüçîâàíèå ÈÊÌ ñïîñîáñòâóåò ñîêðàùåíèþ ñðîêîâ ñîçäàíèÿ íî-
âîãî ïðîäóêòà è âûâåäåíèÿ åãî íà ðûíîê, óìåíüøåíèþ ðàñõîäîâ íà åãî
ðàçðàáîòêó, òåì ñàìûì ïîâûøàÿ êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòü.
The algorithm of the Computational Materials Design (CMD) method as an iterative loop with
several steps has been developed. The algorithm is based on a combination of simulation (in par-
ticular — quantum-simulation modeling) and experimental verification of its supposed results.
The algorithm proposed combines both «a direct» as well as «an inverse» problems of CMD and
shows the shortest way to achieve the formulated goal.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Îãîðîäíèêîâ Â.Â. , Ïîêðîïèâíûé Â.Â. , Øòåðí Ì.Á. Êîìïüþòåðíîå ìîäåëèðîâàíèå â
ìàòåðèàëîâåäåíèè. Íåîðãàíè÷åñêîå ìàòåðèàëîâåäåíèå: Ýíöèêëîïåä. èçä.:  2 ò. / Ïîä
ðåä. Â.Â. Ñêîðîõîäà, Ã.Ã. Ãíåñèíà. — Êèåâ: Íàóê. äóìêà, 2008. — Ò. 1: Îñíîâû íàóêè î
ìàòåðèàëàõ/ Â.Â. Ñêîðîõîä, Ã.Ã. Ãíåñèí, Â.Ì. Àæàæà è äð. — Ñ. 1092—1145.
2. Billinge S.J.L., Rajan K. , Sinnott S.B. From Cyberinfrastructure to Cyberdiscovery in Mate-
rials Science: Enhancing outcomes in materials research, education and outreach // Report
from a workshop held in Arlington, August 3—5. — Virginia, 2006. —
3. Iwata S., Ohsawa Y., Tsumoto Sh. et al. Communications and Discoveries from Multidiscip-
linary Data. — Springer, 2008. — 340 p.
4. Rajan K. Materials informatics // Materials Today. — 2005. — Vol. 8. — P. 38—45.
5. Raabe D. Computational Materials Science. — Wiley-VCH, Weinheim, 1998. — 379 p.
6. Ñèäîðåíêî Ñ.²., Çàìóëêî Ñ.Î. Ïðÿìà òà îáåðíåíà çàäà÷³ â êîìï’þòåðíîìó êîíñòðóþ-
âàíí³ ìàòåð³àë³â. – Íàóêîâ³ â³ñò³ ÍÒÓÓ «Êϲ».— 2013.— ¹ 4. — Ñ. 148—151.
7. Toyohiro Chikyow. Trends in Materials Informatics in Research on Inorganic Materials//
Quarterly Review. — 2006.—No 20.— Ð. 59—71.
8. Changwon Suh, Arun Rajagopalan, Xiang Li, Krishna Rajan. The Application of Principal
Component Analysis to Materials Science Data// Data Science Journal. — 2002. — Vol. 1. —
Ð. 19—26.
9. Frenkel D., Smit B. Understanding Molecular Simulations: From Algorithms to Applica-
tions. — San Diego: Academic Press, 1996.
10. Yamamoto T., Ohnishi S., Chen Ying, Iwata S. Effective Interatomic Potentials Based on The
First-Principles Material Database // Data Science Journal. — 2009.—Vol. 8.— Ð. 62—69.
11. Gang Yu, Jingzhong Chen, Li Zhu. Data mining techniques for materials informatics:
datasets preparing and applications. Second International Symposium on Knowledge Acqui-
sition and Modeling // IEEE. — 2009.—Vol 2.— Ð. 189—192.
Îáîáùåííûé àëãîðèòì èíæåíåðíîãî ñèíòåçà ìàòåðèàëîâ
ISSN 0204–3572. Ýëåêòðîí. ìîäåëèðîâàíèå. 2014. Ò. 36. ¹ 4 31
12. Abicht L., Freikamp H., Schumann U. Identification of Skills Needs in Nanotechnology.
CEDEFOP Panorama Series, 2006. [Ýëåêòðîííûé ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: http://www.
trainingvillage.gr/etv/Information_resources/Bookshop/publication_details.asp?pub_id=426
13. Lei Liu, Hui Zhang, Jianhui Li. et al. Building a Community of Data Scientists: an Exp-
lorative Analysis // Data Science Journal. — 2012. — Vol. 8. — Ð. 201—207.
14. Tan P.-N., Steinbach M., Kumar V. Introduction to Data Mining. — NY: Addison-Wesley,
2000. — P. 769.
15. Ramalhete P.S., Senos A.M.R., Aguiar C. Digital Tools for Material Selection in Product De-
sign// Materials and Design. — 2010. —Vol. 31. — P. 2275—2287.
16. Deng Y.-M., Edwards K.L. The role of Materials Identification and Selection in Engineering
Design // Ibid.—2007.— 28.—P. 131—139.
17. Nong Zhi-sheng, Zhu Jing-chuan, Yu Hai-ling, Lai Zhong-hong. First Principles Calculation
of Intermetallic Compounds in FeTiCoNiVCrMnCuAl System High Entropy Alloy // Trans-
actions of Nonferrous Metals Society of China. — 2012 . — Vol. 22, Issue 6. — P. 1437—
1444.
18. Shaoqing Wang, Hengqiang Ye. First-Principles Studies on the Component Dependences of
High-Entropy Alloys // Advanced Materials Research. — 2011.— Vol. 338.— P. 380—383.
19. Akai H., Ogura M., Long N.H. Computational Materials Design and its Application to Spint-
ronics. — Japan—Germany Joint Workshop, 2009, Kyoto, 21—23 Jan.— [Ýëåêòðîííûé
ðåñóðñ]. — Ðåæèì äîñòóïà: http:// www.jst.go.jp/sicp/ws2009_ge3rd/ presentation/29.pdf
20. À.ñ. ¹ 45279 Óêðà¿íà. Àëãîðèòì êîìï’þòåðíîãî êîíñòðóþâàííÿ íîâèõ ìàòåð³àë³â/
Ñèäîðåíêî Ñ.²., Çàìóëêî Ñ.Î., Âîëîøêî Ñ.Ì., Êîíîðåâ Ñ.². Îïóáë. 22.08.2012.
Áþë.¹ 27.
Ïîñòóïèëà 28.01.14;
ïîñëå äîðàáîòêè 14.02.14
ÑÈÄÎÐÅÍÊÎ Ñåðãåé Èâàíîâè÷, ÷ë.-êîð. ÍÀÍ Óêðàèíû, ïðîðåêòîð ïî íàó÷íî-ïåäàãîãè÷åñêîé
ðàáîòå è ìåæäóíàðîäíûì ñâÿçÿì Íàöèîíàëüíîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà Óêðàèíû
«Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò».  1971 ã. îêîí÷èë Ìîñêîâñêèé èí-ò ñòàëè è ñïëàâîâ.
Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — èçó÷åíèå äèôôóçèîííûõ õàðàêòåðèñòèê, ôèçè÷åñêèõ è
ìåõàíè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìåòàëëîâ è òîíêèõ ìåòàëëè÷åñêèõ ïëåíîê ñïåêòðàëüíûìè è ñòðóê-
òóðíûìè ìåòîäàìè; êîìïüþòåðíîå êîíñòðóèðîâàíèå ìàòåðèàëîâ.
ÇÀÌÓËÊÎ Ñåðãåé Àëåêñàíäðîâè÷, êàíä. òåõí. íàóê, äîêòîðàíò êàôåäðû ôèçèêè ìåòàëëîâ
Íàöèîíàëüíîãî òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà Óêðàèíû «Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò», êî-
òîðûé îêîí÷èë â 2001 ã. Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — èçó÷åíèå è ïðîãíîçèðîâàíèå ñâîéñòâ
íàíîñòðóêòóðèðîâàííûõ ìàòåðèàëîâ ìåòîäàìè, ïîçâîëÿþùèìè ðàññ÷èòàòü ýëåêòðîííóþ
ñòðóêòóðó, à òàêæå ìåòîäàìè ìîëåêóëÿðíîé äèíàìèêè è ñòàòèñòè÷åñêîé ìåõàíèêè;
êîìïüþòåðíîå êîíñòðóèðîâàíèå ìàòåðèàëîâ è èíòåëëåêòóàëüíûé àíàëèç äàííûõ.
ÊÎÍÎÐÅÂ Ñåðãåé Èãîðåâè÷, àññèñòåíò êàôåäðû ôèçèêè ìåòàëëîâ Íàöèîíàëüíîãî òåõíè-
÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà Óêðàèíû «Êèåâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èí-ò», êîòîðûé îêîí÷èë â 2001 ã.
Îáëàñòü íàó÷íûõ èññëåäîâàíèé — êîìïüþòåðíîå êîíñòðóèðîâàíèå ìàòåðèàëîâ è èíòåëëåê-
òóàëüíûé àíàëèç äàííûõ; ìîäåëèðîâàíèå ïðîöåññîâ ðåàêöèîííîé äèôôóçèè â òîíêîïëåíî÷íûõ
ñèñòåìàõ.
Ñ.È. Ñèäîðåíêî, Ñ.À. Çàìóëêî, Ñ.È. Êîíîðåâ
32 ISSN 0204–3572. Electronic Modeling. 2014. V. 36. ¹ 4
|