Суперкомпьютерное моделирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика
Статья научная
The paper covers the development and researching mathematical model of interaction processes between plankton and ctenophore populations based on the modern information technologies and computational methods, which leads to increase of the accuracy of predictive modeling of the ecology situation in shallow water in summer. The model takes into account the following: the transport of water environment; microturbulent diffusion; nonlinear interaction of plankton and ctenophore populations; biogenic, temperature and oxygen regimes; influence of salinity. The computational accuracy is significantly increased, and computational time is decreased at using the calculation method based on partially filled cells for discretization of model. The practical significance is the software implementation of the proposed model, the limits and prospects of its practical use are defined. Experimental software was developed based on multiprocessor computer system, which is intended for mathematical modeling of possible progress scenarios in shallow waters ecosystems on the example of the Azov Sea in summer. We used decomposition methods of grid domains in parallel implementation for computationally laborious convection-diffusion problems, taking into account the architecture and parameters of multiprocessor computer system.
Бесплатно
Статья научная
Сложнейшие задачи эволюции, климата, экологии, глобального мониторинга и дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) с гиперспектральными подходами и нанодиагностикой природной среды и объектов впервые предлагается рассматривать как сопряженные. Электромагнитное излучение - единое физическое поле, объединяющее радиационное поле Земли с радиационно-активными компонентами. Например, извержение вулканов и трансграничный перенос загрязнений, которые влияют на экологию и состояние окружающей среды, могут быть обнаружены методами ДЗЗ, а далее через перенос лучистой энергии, зависящей от загрязнителей природных сред, может влиять на климат и в конечном итоге на тренд эволюции Земли как планеты. Непреодолимая сложность проблемы состоит в том, что для исследований планеты не допустимы натуральные эксперименты и возможны только мониторинг и наблюдения разными средствами, с одной стороны, а с другой стороны на момент измерений радиации невозможно восстановить весь набор оптико-геофизических и оптико-метеорологических параметров системы «атмосфера-суша-океан», от которых зависит радиация, и не возможно повторить условия наблюдений, так как среда непрерывно изменяется и никогда не повторяется. И только математическое моделирование «больших» прямых и обратных задач теории переноса излучения с параллельным суперкомпьютингом позволяет провести теоретико-расчетные исследования столь сложных проблем и получить качественные и количественные оценки для анализа и прогнозов, а также для разных тематических приложений на основе «сценариев».
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены стохастические клеточно-автоматные модели рекомбинации электронов и дырок в неоднородном полупроводнике для двумерного и трехмерного случаев. С помощью разработанных клеточно-автоматных моделей рекомбинации исследовано пространственно-временное распределение частиц, обнаружено и исследовано формирование макрокластеров электронов и дырок. В связи стем, что интегральные характеристики процесса рекомбинации вычисляются с помощью осреднения по большому ансамблю начальных данных, для сокращения времени вычислений разработаны параллельные программы, реализующие клеточно-автоматные модели рекомбинации в двумерном и трехмерном случаях. Параллельная реализация программ позволила вычислить за приемлемое время интегральные характеристики процесса: плотности частиц и интенсивность фотолюминесценции, для большого числа различных начальных условий, а также изучить кинетику процесса рекомбинации при наличии центров рекомбинации и диффузии частиц в двумерном и трехмерном случаях.
Бесплатно
Разработка компьютерных моделей войлочных материалов, применяемых в бронезащитных элементах
Статья научная
Статья посвящена разработке численными методами моделей войлочных материалов, применяемых в бронезащитных элементах. Для создания сетки конечных элементов войлочных материалов разработан программный комплекс на языке С++, спроектирован и реализован, проведено тестирование. Программный комплекс позволяет создавать численные модели войлочного материала с прямолинейными волокнами, либо с искривленными волокнами по ломаной линии. Были созданы модели войлочных материалов, проведено суперкомпьютерное моделирование ударного нагружения войлочного материала из высокопрочных высокомодульных волокон в пакете программ LS-DYNA, проведено сравнение полученных данных с экспериментальными, получены графики ускорений.
Бесплатно
Разработка компьютерных моделей модифицированных арамидных тканей
Статья научная
Статья посвящена разработке численными методами моделей модифицированных арамидных тканей (арамидных тканей с поверхностной обработкой), применяемых в бронезащитных элементах. На сегодняшний день актуальными задачами при разработке бронезащитных элементов (бронежилетов) являются минимизация их массы, снижение величины прогиба тыльной стороны бронепанели (уменьшение уровня травмирования тела человека). Большая часть энергии пули рассеивается за счет работы сил трения во время вытягивания нитей из баллистических (арамидных) тканей в бронежилете. Поверхностная обработка тканей позволяет увеличить фрикционное взаимодействие нитей и снизить прогиб тканевых преград при локальном ударе с минимальным утяжелением. Для создания сетки конечных элементов тканей с поверхностной обработкой разработано приложение, спроектировано и реализовано, проведено тестирование. Приложение позволяет создавать численные модели модифицированных арамидных тканей со сплошной поверхностной обработкой и частичной (полосами вдоль осей X и Y в плоскости ткани). В работе рассмотрена арамидная ткань полотняного переплетения P110 с поверхностной обработкой ПВА. Была создана модель ткани со сплошной поверхностной обработкой. Поверхностную обработку строили оболочечными элементами, которые соединяли нити основы и утка с наружной стороны. Проведено суперкомпьютерное моделирование ударного нагружения модифицированной арамидной ткани, расположенной на регистрирующей среде (техническом пластилине) в пакете программ LS-DYNA. Проведено сравнение полученных расчетных данных с экспериментальными, получен график ускорения.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены исследования кода AstroPhi для численного моделирования астрофизических течений на гибридных суперЭВМ, оснащенных ускорителями Intel Xeon Phi. Описан со-дизайн вычислительной модели для описания астрофизических объектов. Детально описаны особенности параллельной реализации и исследования производительности кода AstroPhi. Представлены результаты моделирования взаимодействия межгалактического ветра и дисковой галактики. Для кода AstroPhi было достигнуто 134-кратное ускорение в рамках одного ускорителя Intel Xeon Phi, 75-процентная масштабируемость при использовании 224 ускорителей Intel Xeon Phi. На расчетной сетке 7168 × 1024 × 1024 было достигнуто 47 процентов от пиковой скалярной производительности ускорителя Intel Xeon Phi при использовании 53760 нитей.
Бесплатно
