ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАТИКИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

14. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАТИКИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Проведено моделирование столкновения танкера для перевозки сжиженного газа с причалом. Под газовым танкером понималось специальное судно, предназначенное для перевозки природного газа (в основном метана) или попутного газа (в основном пропана, бутана) и жидких веществ – аммиака и этилена. При моделировании учитывалось, что на борту сжиженные газы хранятся в сосудах с высокоэффективной изоляцией при высоком давлении или низкой температуре (ниже -163^оC). Рассматриваемая задача является актуальной, так как такие танкеры представляют опасность для других судов и портовых сооружений и могут быть объектом для террористических атак. Расчет велся на основе метода конечных элементов. (ИАП РАН)

Решена задача о лобовом столкновении подводных движущихся объектов (ПДО) путем разработки методов математического моделирования процессов деформирования корпусов объектов подводной техники. Моделировалось поведение: корпусов объектов при столкновениях между собой; корпуса при столкновении с грунтом; корпуса при соударении с высокоскоростными объектами. Рассматриваемая задача позволяет моделировать аварийные ситуации, которые могут возникнуть при соударении подводных объектов с препятствиями, подводными и надводными объектами, поражающими средствами (торпеды, снаряды) для минимизации их последствий для экипажа и подводной техники.

При расчетах учитывались процессы разрушения материла и использовалась полная замкнутая система динамических трехмерных уравнений механики деформируемого твердого тела. Для визуализации был разработан пакет прикладных программ. Задача решалась численно с применением метода гладких частиц. Использовались две схемы расчета: монотонная, на основе свойства инвариантов Римана, и не монотонная, второго порядка аппроксимации, предложенная Моноганом. Также предложена гибридная схема, базирующуяся на двух упомянутых методах. Ведутся работы по увеличению разрешения модели, что позволит более детально изучить волновые процессы в перегородках объектов. (МФТИ, РИЦКИ)

Выполнено моделирование вихревых структур и крупномасштабной турбу-лентности в струях и ближнем следе на базе многопроцессорных вычислительных комплексов параллельной архитектуры. Моделирование осуществлялось на основе консервативных разностных схем, являющихся аналогом законов сохранения, выписанных в интегральной форме для модели невязкого сжимаемого газа. Для дозвуковых и трансзвуковых струй получены картины зарождения и развития нестационарных вихревых структур и крупномасштабной турбулент-ности. Анализ поведения пульсационных и спектральных характеристик показал, что основная область генерации динамических и акустических возмущений расположена на расстоянии 8-16 диаметров струи для широкого диапазона дозвуковых и трансзвуковых скоростей.

Для различных аппаратов аэрокосмической техники реализовано моделирование их аэродинамических характеристик и нестационарного вихревого ближнего следа. (ИАП РАН)

Осуществлена реконструкция геометрии дефектов магистральных нефте- и газопроводов по их магнитному полю методами компьютерного моделирования. Для этого была сформулирована обратная задача магнитостатической дефектоскопии в виде системы трехмерных интегральных уравнений Фредгольма 1-го и 2-го рода. Получено численное решение ряда прямых и обратных задач магнитостатики и электродинамики применительно к проблемам магнитной дефектоскопии. Разработан базовый алгоритм, реализующий метод дефекто-метрии труб магистральных нефте- и газопроводов и других ответственных объектов. Создан и успешно применен на трубных заводах компьютеризирован-ный дефектоскоп УМД-101М для неразрушающего контроля качества прямошов-ных электросварных труб. Разработан и испытан макетный образец магнитного сканера, построенный на базе тонкопленочных матричных преобразователей и постоянных магнитов из редкоземельных сплавов. Сканер обеспечивает выявление дефектов в теле трубы и в сварных соединениях и имеет беспроводную телеметрическую систему передачи команд и данных. (ИФМ УрО РАН)

Разработан теоретико-категорный аппарат, формализующий работу динамической экспертной системы продукционного типа и позволяющий описывать динамические свойства системы с помощью качественно новых объектов: контекстной решетки и расслоенной категории, строящейся на основе этой решетки. Описаны механизмы преобразования обычной категории в расслоенную. Показано, что база данных системы должна быть модифицирована так, чтобы вместе с установленными системой фактами хранить и соответствующие этим фактам элементы контекстной решетки. Созданы программы для нескольких контекстных решеток. Предложенный аппарат помогает оптимизировать процесс разработки и совершенствования прикладных динамических экспертных систем, позволяя отделить особенности статических и динамических свойств системы. (ИППИ РАН)

Разработаны методы и получено решение современных задач аэродинамики и аэроакустики с использованием многопроцессорных вычислительных систем. Для этого проведена модернизация численных методик решения нестационарных уравнений Навье-Стокса, позволившая создать новый алгоритм, в котором реализован один из вариантов метода отсоединенных вихрей (DES), сочетающий алгебраическую модель турбулентности Болдуина – Ломакса вблизи поверхности крыла и модель Смагоринского в области следа.

Разработанные алгоритмы реализованы на многопроцессорных вычисли-тельных системах. Выполнено численное моделирование пространственных сверхзвуковых турбулентных течений: в следе за крылом, установленным под углом атаки; при взаимодействии вихревого следа за крылом с головным скачком уплотнения; при взаимодействии вихревого следа за крылом с косым скачком уплотнения. В результате численного моделирования накоплены новые данные о структуре течения внутри области взаимодействия. В частности было обнаружено, что ядро продольного концевого вихря при взаимодействии с головным скачком перед цилиндром разрушается с образованием тороидального вихря внутри области взаимодействия. Получение такой информации экспериментальным путем в настоящее время чрезвычайно затруднено. (ИПМ РАН)

В содружестве с ОАО ОКБ «Гидропресс» выполнен цикл работ по усовершенствованию комплекса программ расчета радиационной защиты, а также выполнены трехмерные расчеты основных функционалов радиационных полей (флюенса быстрых нейтронов, повреждающей дозы, энерговыделения, коэффициента опережения повреждающей дозы образцов-свидетелей по отношению к металлу корпуса) в радиационной защите проектируемой реакторной установки ВВЭР-1200, необходимые для обоснования 60-летнего срока безопасной эксплуатации данной реакторной установки. (ИПМ РАН)

Разработаны основы технологии автоматического мониторинга тропических циклонов по спутниковой информации с использованием многопроцессорной обработки данных изображения геостационарного спутника и измерения атмосферы радиометрами ATOVS. Технология обеспечивает автоматическое нахождение тайфуна, расчет его центра, характеристик спиральной закрутки и трехмерных полей температуры и водяного пара. Реализованные в алгоритмах параллельные вычисления направлены на повышение скорости расчета карт структуры облачности как основы автоматического мониторинга и профилей температуры и влажности атмосферы, а также на обеспечение режима реального времени приема и обработки спутниковых данных в Центральном командном пункте спутникового мониторинга Дальневосточного отделения РАН. Основные алгоритмы апробированы на серии данных за три года. (ИАПУ ДВО РАН)

Разработан программный комплекс для моделирования сложных трехмерных течений жидкости и газа вокруг тел сложной формы на нерегулярных сетках.
С помощью разработанного программного обеспечения и вычислительной системы МВС-100К выполнены расчеты актуальных задач газовой динамики и аэроакустики (в частности, моделирование турбулентного течения в импедансной трубе и газодинамического обтекания кузова автомобиля). Распараллеливание вычислений выполнялось на основе гибридной модели параллелизма по управлению с передачей сообщений. Расчеты проводились с использованием до 3500 процессорных ядер вычислительного комплекса на сгущающихся тетра-эдральных сетках, содержащих до 1,2 млрд тетраэдров. Проведенные расчеты позволили определить характерные проблемы падения производительности параллельных вычислений на многоядерных процессорах и показали высокую эффективность имеющегося программного обеспечения при обработке сеточных данных большого размера. (ИММ РАН)

Разработана система удаленной визуализации для инженерных и суперкомпьютерных вычислений. При этом под удаленной визуализацией понимается такая модификация системы визуализации для научных исследований, когда изображения создаются на специальном компьютере и передаются по сети на компьютер исследователя. Исследователь может управлять визуализацией, влияя на процесс создания изображений, которые немедленно появляются на его компьютере. В качестве достоинств данного подхода можно отметить следующее: визуализация экспериментальных данных большого объема может не сопровождаться копированием этих данных на компьютер исследователя; анализ результатов эксперимента начинается без задержек, связанных с передачей большого объема данных для визуализации; за счет централизации происходит снижение затрат на лицензии программного обеспечения. Разработана технология поддержки удаленной визуализации, которая позволяет создавать различные программы визуализации для суперкомпьютерных вычислений и инженерных расчетов через Интернет. (ИММ УрО РАН)