Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
«УТВЕРЖДЕНО Ученым советом»
«_____»________________201__ г.
Проректор по науке и инновациям
__________________ В.Н. Коротаев
«_____»________________201__ г.
ПОГРАММА
вступительного испытания в аспирантуру
по специальной дисциплине
Направление подготовки 08.06.01 - Техника и технологии в строительстве
Направленность (научная специальность)
05.23.05 – Строительные материалы и изделия
Пермь 2014
1. Современные физико-химические методы исследований строительных
материалов».
Физические и физико-химические методы. Основные характеристики методов определения: чувствительность, предел обнаружения, диапазон определяемых содержаний, воспроизводимость, правильность, селективность. Метод и
методика.
Современные физико-химические методы исследования. Особенности
методов исследования строительных материалов. Теоретические основы оптических методов анализа. Молекулярные спектры поглощения, испускания. Основные законы светопоглощения и испускания. Рассеяние света. Поляризация
и оптическая активность. Способы измерения аналитического сигнала.
Спектрофотометрия.
Дифференциальный метод в спектрофотометрии. Анализ многокомпонентных систем.
Люминесцентные методы. Виды люминесценции. Флуоресценция и фосфоресценция.
ИК- спектроскопия.
Особенности анализа газов, растворов и твердых образцов.
Нефелометрия и турбидиметрия. Фотоакустическая спектроскопия. Теоретические основы электрохимических методов анализа. Прямые и косвенные
электрохимические методы.
Потенциометрические и кондуктометрические методы анализа.
Кулонометрия, полярография Теоретические основы хроматографических
методов анализа. Основные понятия. Теория равновесной хроматографии.
Способы осуществления хроматографического процесса. Способы заполнения хроматографических колонок и приготовления "тонких слоев". Особенности капиллярных колонок. Способы элюирования веществ. Детектиры.
Классификация хроматографических методов. Методы рентгеновской и электронной спектроскопии;
Основные свойства и характеристики рентгеновского излучения. Обозначения в рентгеновских спектрах. Электронно-зондовый рентгеноспектральный микроанализ (РСМА), рентгенорадиометрический анализ (РРА), рентгеноспектральный анализ с ионным возбуждением (PIXE), рентгенофлуоресцентный анализ (РФА).
Сравнительная характеристика методов. Практическое применение.
Абсорбционный рентгеноспектральный анализ. Современные методы
контроля качества строительных изделий: звуковые и ультразвуковые методы,
механические неразрушающие методы контроля. Радиационная дефектоскопия,
люменесцентная дефектоскопия. Нейтронографический метод контроля.
Петрографический анализ.
Дифференциальный термический анализ: сущность метода; аппаратура
для ДТА, характеристика основных узлов прибора. Термогравиметрический метод анализа. Принципиальные возможности дериватограии как комбинации
ДТА и ТГА.
2
Задачи, решаемые с применением термографии в исследованиях строительных материалов. Компьютерные методы в аналитической химии; использование современных программных комплексов для обработки полученных результатов.
Оптимизация экспериментов, управление аналитическими приборами,
создание интегрированных устройств анализатор – ЭВМ.
2.
Полимерные строительные материалы.
Технически важные полимеры, каучуки, пластические массы, искусственные и синтетические волокна. Особенности композиционных материалов.
Применение изделий из пластических масс и эластомеров в строительстве.
Пути интенсификации производства и улучшения качества промышленной продукции из полимеров. Основы рециклинга полимерных материалов,
амортизированных изделий. Основы технологии синтеза полимерных материалов.
Основные мономеры для синтеза полимеров, общие представления о механизмах их синтеза. Основные реакции синтеза полимеров.
Реакции полимеризации. Радикальная полимеризация. Ионная полимеризация. Стереоспецифическая полимеризация. Сополимеризация. Ступенчатая
полимеризация. Реакции поликонденсации. Полимераналогичные превращения
Методы синтеза полимеров в расплаве, в растворе, в эмульсии и в суспензии.
Основные представления о способах производства полимеров. Полимеризация
в эмульсии. Полимеризация в растворе. Производство полимеров поликонденсацией. Влияние способов производства на состав полимеров и эластомеров.
Физико-механические и термические свойства полимеров и методы их оценки.
Основные свойства полимеров, определяющие их переработку в изделия.
Технологические свойства. Реологические свойства. Влияние технологических
параметров и молекулярных характеристик полимеров на вязкость расплавов.
Взаимосвязь молекулярной структуры и технологических свойств полимеров.
Современные композиционные полимерные строительные материалы: гидроизоляционные, теплоизоляционные материалы, отделочные материалы и т.д.
Современные методы исследования полимерных строительных материалов
3. Задачи и методы оптимизации
Математические модели, критерии оптимальности, ограничения, модель
оптимизации. Классификация аналитических методов и методов математического программирования. Математические модели объективной реальности
(объективные) модели. Оптимизация – применение математических, количественных методов для получения оптимальных решений в различных областях
деятельности. Этапы решения задачи оптимизации. Оптимизация деятельности
в химико-технологической отрасли при объективных моделях. Классификация
технологических процессов и производств как объектов принятия оптимальных
решений. Классификация переменных (технологических параметров) химико3
технологических процессов как объектов управления. Роль математических моделей в решении задач оптимизации.
Критерии и ограничения в задачах оптимизации. Математическая формулировка задач; их графическая интерпретация. Критерии оценки эффективности химико-технологических процессов (ХТП) и систем (ХТС). Экономические, технико-экономические и технологические критерии. Виды критериев оптимальности. Критерии в виде функционала, аддитивной и мультипликативной
функций от оптимизирующих параметров, линейной функции от оптимизирующих параметров. Оптимизационные задачи параметрической идентификации
по экспериментальным данным математических моделей объектов управления
по критериям функций от ошибки.
Классификация методов однокритериальной оптимизации, их применение для оптимизации ХТП и ХТС.
Аналитические методы безусловной и условной оптимизации. Методы безусловной оптимизации, основанные на классическом математическом анализе.
Необходимые и достаточные условия существования экстремума функции многих переменных, определители Сильвестра. Локальные и глобальный экстремумы целевой функции (критерия). Методы условной оптимизации, метод неопределенных множителей Лагранжа, теорема Куна – Таккера, метод «штрафов» в задачах условной оптимизации. Чувствительность критерия (целевой
функции), метод «оврагов» в задачах оптимизации
Линейное и целочисленное программирование. Постановка задачи линейного программирования (ЛП). Стандартная и каноническая формы записи. Допустимые множества и оптимальные решения задач линейного программирования. Выпуклые множества. Условия существования и свойства оптимальных
решений задачи линейного программирования. Опорные решения системы линейных уравнений. Сведение задачи линейного программирования к дискретной оптимизации симплекс-методом, искусственный базис в задаче ЛП. Теория
двойственности в линейном программировании. Двойственные задачи. Геометрическая интерпретация двойственных переменных Зависимость оптимальных
решений задачи линейного программирован» от параметров задач. Целочисленное программирование. Методы решения задач целочисленного программирования: метод округления; метод отсекающих плоскостей (метод Гомори); метод ветвей и границ. Методика решения задач линейного программирования на
примере задачи оптимальной по критерию прибыли организации производства
нескольких видов продукции из сырья различных видов при ограничениях на
их запасы.
Нелинейное программирование (НЛП). Поисковые (машинные) методы
НЛП. Безградиентные методы: случайных направлений, сканирования, поочередного изменения переменных (Гаусса – Зейделя), деформируемого многогранника (симплексный метод). Градиентные методы поиска. Понятие градиента целевой функции. Методы градиента, релаксаций, наискорейшего спуска,
сопряженных градиентов. Генетические алгоритмы в задачах оптимизации. Ме4
тоды оптимизации с критерием в виде функции одной переменной: сканирования; локализации экстремума; «золотого сечения»; чисел Фибоначчи и др. Метод «штрафов» в задачах условной оптимизации технологических процессов с
ограничениями на управления в форме равенств и неравенств.
Принцип максимума Л.С.Понтрягина в задачах оптимизации химикотехнологических процессов. Принцип максимума (ПМ). Понятия: фазовое пространство, фазовая траектория, пространство управлений, модели динамики
систем в форме уравнений пространства и состояний. Динамическое программирование (ДнП) для процессов с непрерывно-распределенными параметрами.
Задача «о быстродействии», формулировка задачи оптимизации. Условие оптимальности Беллмана для процессов с распределенными координатами. Формулировка принципа оптимальности на примере задачи «о быстродействии»,


«условие 3» для функции  ( x )  T ( x ) , сопряженная система уравнений – необходимое условие оптимальности. Функция Гамильтона, условие оптимальности в принципе максимума. Доказательство постоянства функции Гамильтона
(Н) на оптимальной траектории. Принцип максимума для задач с критерием оптимальности, заданным в виде функционала.
Общая схема решения оптимальных задач с помощью принципа максимума. Задание начальных (граничных) условий для оптимальных задач 3-х типов.
Дискретное динамическое программирование. Динамическое программирование в задачах оптимизации многостадийных процессов. Комбинаторные
задачи. Принцип оптимальности Беллмана для дискретных процессов. Математическая формулировка принципа оптимальности. Общая схема решения задач
методом динамического программирования. Методика применения принципа
оптимальности Беллмана для оптимизации многостадийных процессов.
Задачи многоцелевой оптимизации. Задачи многоцелевой оптимизации,
критерии оптимальности, методы решения. Появление многокритериальности,
разные типы проблем и подходов исследования операций и принятия решений,
хорошо структуризованные и слабо структуризованные (смешанные) проблемы, пространство переменных и пространство критериев. Компромиссные решения, основные понятия и определения многоцелевой оптимизации. Классы
задач многоцелевой оптимизации: с множеством качеств; с множеством объектов; с множеством условий функционирования системы; с векторной оптимизацией в условиях неопределенности некоторых оптимизирующих переменных.
Задачи статической и динамической многоцелевой оптимизации. Критерии оптимальности в задачах векторной оптимизации. Математическая формулировка
задач многоцелевой оптимизации. Схемы компромиссов между многими критериями при выборе решения. Методы решения задач многоцелевой оптимизации
при объективных моделях (хорошо структуризованных). Метод, основанный на
использовании неопределенных множителей Лагранжа. Многоцелевое линейное программирование.
Методы декомпозиции общей задачи оптимизации в иерархической системе управления сложной химико-технологической системой. Метод явной де5
композиции. Общая схема решения задач методом явной декомпозиции, алгоритм метода. Метод неявной декомпозиции. Общая схема решения задач методом неявной декомпозиции. Алгоритм метода.
Проблемы «нечеткой оптимизации». Задачи оптимизации с нечетким критерием и четкими ограничениями, четким критерием и нечеткими ограничениями, нечетким критерием и нечеткими ограничениями. Подходы к решению
задач.
Рекомендуемая литература
Основная
1. Методы классической и современной теории автоматического управления: учебное пособие для вузов: в 5 т., Т.4: Теория оптимизации систем автоматического управления. / Под ред. К.А. Пупкова.– 2-е изд.,
перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. –741 с. :
ил.
2. Гартман Т.Н., Клушин Д.В. Основы компьютерного моделирования
химико-технологических процессов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2008.
– 416с.
3. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология: учебное пособие - 4-е изд., стер.– М: КНОРУС, 2010. -191 с.
4. Гольдштейн А.Л. Теория принятия решений. Задачи и методы исследования операций и принятия решений: Учеб. пособие. – Пермь: Издво ПГТУ. – 2009.–360 с.
6