Разрушение материалов как системный кризис

Данилов А.М., Гарькина И.А.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

 

В большинстве случаев в отечественных системных исследованиях под системой понимается «совокупность элементов, на­ходящихся в отношениях и связях между собой и образующих оп­ре­де­ленную целост­ность, единство».  С этих позиций материалы можно рассматривать как сложные системы [1,2], подчиняющиеся гомеостатическим принципам и закономерностям. Под открытой системой понимается такая, которая непрерывно взаимодействует со средой (информация, энергия, материальные преобразования на границе с системой); противопоставляется понятию изолированная система, которая не обменивается энергией, веществом, или информацией с окружающей средой. Способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия (саморегуляция), ее стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды в теории систем определяется как гомеостаз. В основе гомеостатики лежит утверждение: мир двой­ственен и устойчивая гомеоста­тическая система состоит из балан­сирующих (или компенсационных) противовесов (противоположностей или антагонистов), объединенных между собой определенным образом. Если эта двойственность в виде балансирующих противовесов нарушает­ся, то теряется устойчивость системы. Так как гомеостатика изучает принципы организации устойчивых систем из двух или более антагонистов (проти­воположностей), методы и условия их объединения в устойчивые систе­мы, а также условия развала или разрушения устойчивой системы и по­следствия такого разрушения, то существенна роль гомеостатических механизмов при рассмотрении композиционных  материалов как систем.

При структурном исследовании композиционных материалов предметом являются строение, фазовый состав, связи, топология и т.п.; при функциональном – динами­ческие характеристики (кинетические процессы сорбции агрессивных сред, разрушения мате­риала и др.), стойкость в эксплуатационной среде, экономическая эффек­тив­ность (что при неизменной структуре системы зависит от свойств ее эле­ментов и их отношений). Облегчить перенос знаний об основных процессах, происходящих в слож­ных системах, из одной области в другую, независимо от их природы, позволяет выявление их закономерностей. Опреде­ление направления и выявления закономерностей  развития системы (или в каких пределах и направлениях исключается ее со­вер­шенствование) возможно на основе использования универсальных закономерностей в синергетике сложных нелинейных неравновесных открытых систем (позволяют переносить знания о механизмах бифуркации, деградации, самоорганиза­ции и т.п. с одних систем на другие).

Известно, условия самоорганизации или дезорганизации открытых систем определяются на основе общесистемной законо­мерности возрастания и убывания энтропии. Для стабилизации откры­тых систем необходимо рационально управлять энтропийными процессами в системах, в том числе точкой энтропийного равновесия, или критическим уровнем организации систем, амплитудой и частотой энтропийных колебаний, отводом излишней энтропии из системы вовне и т.п. Из энтропийной закономерности вытекает важное следствие - зави­симость потенциала системы от степени ее организованности или харак­те­ра взаимодействия структурных элементов системы. Исходя из этой закономерности, можно определить зависимость потенциала систе­мы от потенциала структурных элементов для хорошо, плохо и нейтраль­но организованной системы, что позволяет выработать рекомендации по рациональной организации и управлению системой.

В соответствии с распространенной мировоззренческой позицией мир устроен целостно и неделимо. Разделение мира на отдельные составные час­ти – его структурирование чисто условное и делается исследователем ради достижения определенных целей, решения определенных задач. В материаловедении, как и во многих других случаях, структурирование привычно и общепринято.

Существование системы определяется некоторыми основными опре­деляю­­щими ее параметрами. Их сохранение поддерживает существование са­мой системы и определяет ее гомеостаз. Системный (общий) го­меостаз обеспечи­вает сохранение интегративного качества, а част­­ный – конкретной компоненты.

Влияние изменения сис­темных параметров на систему неодинаково и, в частности, зависит от диапазона изменения. Пока значение системообразующего параметра не выходит за пределы области  сохраняется интегративное качество системы. Выход системообразующего параметра за пределы области частичного гомеостаза  ведет к переходу системы в новое качественное состояние без разрушения системы. С выходом системообразующего параметра за пределы об­ласти системного гомеостаза  система утрачивает интегративное качество и перестает существовать. Приближение интегративных пара­метров системы к предельно допустимым порождает системный кризис с непредсказуемыми последствиями, когда дальнейшее существование системы оказывается под вопросом. Система вступает в зону бифуркации. Под влиянием внутрен­них или внешних флуктуаций она либо вернется в нормальное состояние, либо пе­рейдет в другие, приобретая новое качество. 

Таким образом, разрушение материалов можно рассматривать как системный кризис.

Литература

1.     Данилов А.М., Королев Е.В., Гарькина И.А. Строительные материалы как системы /  Строительные материалы. – 2006. –№7. – С.55-57.

2.     Гарькина И.А., Данилов А.М. Управление в сложных технических системах: методологические принципы управления  /  Региональная архитектура и строительство. –2012. –№1 (12).  –С.39-43.