Разработки

Программные коды 3D инженерного анализа

Предлагаем:

• расчетно-теоретические работы по широкому спектру практических задач с использованием 3D программных кодов разработки ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ” на высокопроизводительных ЭВМ;
• разработку программных кодов имитационного моделирования в интересах высокотехнологичных отраслей.

Пакеты программ разработки ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ” ЛОГОС, ЛЭГАК-ДК, ДАНКО+ГЕПАРД ориентированы на решение трехмерных задач инженерного анализа с целью повышения точности и уменьшения сроков проведения расчетов при проектировании и создании новых конкурентоспособных образцов техники на предприятиях высокотехнологичных областей. Пакет программ НИМФА предназначен для моделирования течения жидкостей и переноса примесей в сложных геологических средах.

Все вышеуказанные пакеты программ разработки ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ” зарегистрированы в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (ФИПС) и сертифицированы в системе Госстандарта России на соответствие ГОСТ 28195-89, ГОСТ Р ИСО/МЭК ТО 9294-93, ГОСТ Р ИСО/МЭК 9126-93, ГОСТ Р ИСО/МЭК 12119-2000 и ТУ.

ПАКЕТ ПРОГРАММ ЛОГОС

Пакет программ ЛОГОС позволяет моделировать процессы аэро-, гидро- и газодинамики, турбулентного перемешивания, распространения тепла в твёрдом теле, тепловой конвекции, переноса излучения, течения в пористой среде. В пакете ЛОГОС реализованы различные физико-математические модели для расчета указанных процессов. Пакет программ ЛОГОС ориентирован на применение эффективных численных методов с использованием неструктурированных сеток, состоящих из произвольных многогранников. Подобным функционалом обладают единичные коммерческие пакеты.

Область применения: авиационная промышленность, атомная энергетика, ракетно-космическая отрасль, автомобильная промышленность и т. д.

Уникальность разработки:

• современные, в том числе уникальные физико-математические модели (более 80-ти)
• эффективное распараллеливание более 20 000 процессорных ядер
• развитые средства подготовки задач к счету и обработки результатов
• верификация и валидация на предприятиях высокотехнологичных отраслей (авиастроение, ракетно-космическая отрасль и др.)

ПАКЕТ ПРОГРАММ  ЛЭГАК-ДК

Решение двумерных и трехмерных статических и динамических задач прочности с учетом различных физических процессов

• Быстропротекающие высоконелинейные процессы динамического деформирования конструкций
  

• Статическое и квазистатическое деформирование конструкций

• Вибрационная прочность конструкций
• Контактное взаимодействие с учетом трения
• Разрушение
  
• Теплопроводность
  
• Кинематика механических систем
  

• Детонация взрывчатых веществ

ЛЭГАК-ДК – используемые физико-математические приближения и модели

• Методы конечных элементов по пространству и конечных разностей по времени
• Явные и неявные численные схемы по времени
• Широкий набор пространственных апроксимаций первого и второго порядка (типы конечных элементов): балочные, стержневые, оболочечные, объемные. Гексаэдры, тетраэдры, пирамиды, призмы, в том числе вырожденные
• Модели деформирования различных физических сред – металлы, грунты, композиты.  Зависимость прочностных свойств материалов от температуры
• Методы решения задач модального и гармонического анализа (метод Арнольди)
• Метод штрафа, метод множителей Лагранжа, метод мортар – для описания контактного взаимодействия элементов конструкции
  

• Кинетика детонации Аррениуса, кинетика Тарвера, стационарная детонация

ЛЭГАК-ДК – параллельные вычисления

• Смешанная модель распараллеливания – возможность эффективного решения задач в многопроцессорном и в многоядерном режимах (OpenMP/MPI)
• Специальные методы автоматического разбиения задачи по процессорам
• Методы квазидинамической балансировки вычислительной загрузки процессоров
• Специализированные алгоритмы распараллеливания при решении задач контактного взаимодействия (контакт “единая поверхность”)
• Параллельная библиотека прямых и итерационных решателей систем линейных алгебраических уравнений
• Эффективная работа комплекса с использованием до 1000 ядер (по состоянию на 2010 год)

Области применения пакета программ ЛЭГАК-ДК

Пакет программ ЛЭГАК-ДК адаптирован и внедрен в практику решения задач имитационного моделирования для таких высокотехнологичных отраслей промышленности, как, авиастроение, атомная энергетика, автомобилестроение, ракетно-космическая отрасль.

ПАКЕТ ПРОГРАММ ДАНКО+ГЕПАРД

3D расчет напряженно-деформированного состояния конструкций
Моделируемые физические процессы:

• напряженно-деформированное состояние и теплопроводность с учетом контактного взаимодействия и разрушения элементов конструкций;
• взрыва и горения водородо-воздушной смеси;

Область применения: численное исследование поведения строительных конструкций АЭС, корпусов реакторов и элементов реакторного оборудования при действии статических и динамических нагрузок, включая условия аварийных ситуаций (например, расчет устройства ограничителя течи при гильотинном разрыве патрубка).

Пример расчетного моделирования задач ОАО " ОКБМ Африкантов " в интересах обоснования проектных решений

Расчет состояния контейнмента АЭС при падении на него самолета 0.5 млн конечных элементов. Длительность процесса 1 с

Пример расчетного моделирования задач ОАО «СПбАЭП» в интересах обоснования проектных решений

Анализ прочности устройства локализации расплава

ПАКЕТ ПРОГРАММ НИМФА

Пакет программ НИМФА позволяет моделировать нестационарную насыщенно – ненасыщенную фильтрацию жидкости и газа, нестационарную двухфазную фильтрацию без учёта капиллярных эффектов, многокомпонентный массоперенос примесей с учётом молекулярной диффузии и дисперсии, сорбции (по различным изотермам), распада вещества. Кроме того, в составе пакета имеется блок расчёта поверхностного стока. В пакете НИМФА также как и в других перечисленных выше реализовано большое количество различных физико-математических моделей. Достигнут высокий уровень распараллеливания вычислений при расчёте задач фильтрации и массопереноса (более 30000 процессоров с эффективностью 65%). Пакет наполняется новыми разрабатываемыми моделями, направленными на расширение круга решаемых задач.

Области применения

Нефтедобыча. Оптимизация схем разработки месторождений. Прогнозирование повышения нефтеотдачи за счет специальных методов воздействия на пласт.
Гидрогеология. Расчет водного баланса территорий. Засоление горизонтов пресных подземных  вод на приморских территориях и т.д.
Горно-промышленная гидрогеология. Добыча полезных ископаемых методом выщелачивания (золото, уран, соли). Оценка эффективности мероприятий по снижению водопритоков к горным выработкам. Расчет последствий удаления технологических отходов и т.д.
Поиск месторождений полезных ископаемых. Численное моделирование гидрохимических процессов, как один из инструментов при поиске месторождений, в первую очередь урана и нефтяных.
Гидроэкология. Выбор площадок для АЭС с учетом миграции радионуклидов в воздухе, поверхностной гидросфере и подземном пространстве. Прогноз последствий штатной эксплуатации и аварийного воздействия предприятий на поверхностные объекты и подземное пространство.
Государственная система мониторинга недр РФ (ГСМН). Создание постоянно-действующих моделей для ведения мониторинга и прогноза изменения ресурсов и качества водных объектов на техногенно нагруженных территориях.

Нефтедобыча	Гидрогеология	Гидроэкология

Базовая модель

• Фильтрация: однофазная, двухфазная  (разноплотностные жидкости  в поле силы тяжести), трехфазная (модель черной нефти), неизотропная, нестационарная
• Учёт гидрогеологических объектов (скважины, реки, дрены и т.п.)
• Конвективный перенос потоком жидкости многокомпонентной примеси
• Гидродинамическая дисперсия

• Молекулярная диффузия
  

• Адсорбция

• Химическая кинетика (в том числе радиоактивных компонент)
  

Дополнительные возможности

• Модель образования и развития карста
• Учет трещиноватости (модель двойной пористости)
• Учет погрешности исходных данных (геостатистика)
• Модель тритий/гелий-3 метода определения возраста молодых подземных вод
• Оптимизация защитных мер по произвольному набору параметров (нейронная сеть)

Модель фильтрации разноплотностных жидкостей в слоистой системе с учетом силы тяжести			Модель образования и развития карста
Поле концентраций NaCl в породе на время 30 суток	Поле концентраций NaCl в породе на время 50 суток		Трехмерная расчетная область	Изолинии напоров в вертикальной плоскости XZ (t=1300сут)

Нефтедобыча. Реализованные модели 

• Неньютоновское течение
• Сопряженная модель (пласт+скважина)
• Алгоритмы циклической работы скважин
• Метод форсировки скважин
• Модель вытеснения нефти водой в заглинизированных пластах

Поле давлений		Дебиты скважин

Основные характеристики пакета программ НИМФА

• Раздельная дискретизация по областям - фрагментация
• Комплекс открытого типа - быстрое подключение новых модулей
• Трехмерные  модели
• Расщепление по физическим процессам
• Параллельные вычисления

Отличительные особенности пакета программ НИМФА

• Возможность детализации решения в отдельных фрагментах при одновременном решении во всей области 
• В каждом фрагменте расчетной области своя сетка и свой набор физических и химических процессов
• Поддержка системы моделей врезок (телескоп)
• Учет неопределенности в параметрах и геометрии
• Учет произвольной анизотропии проницаемости пористой среды

Геометрия и параметры счетной области

• Генерация с помощью графического редактора
• Генерация по данным разведывательных скважин методами 3D –интерполяции

Генератор счетной сетки

• Фрагментация и дискретизация области моделирования
• В каждом фрагменте – двумерная регулярная неравномерная косоугольная сетка из четырехугольников

Трехмерная разностная сетка генерируется с помощью:

• двух вертикальных семейств плоскостей, образующих боковые грани сеточных ячеек и проходящих через отрезки базовой двумерной квазинерегулярной сетки;
• семейства криволинейных поверхностей (аппроксимируемого ломаными плоскостями), согласованного с границами раздела пластов.

Сервис

• Графический интерфейс пользователя
• Визуализатор данных
• База данных
• Информационно-справочная система
• Экспорт данных в широко применяемых форматах (Eclipse, ModFlow и др.)
• Импорт – генерация отчетов (MS Office и др.)

НИМФА – инструмент для создания постоянно-действующих моделей (виртуальные трехмерные модели района), которые используются:

• на стадии проектирования – для оценки рисков загрязнения подземных вод и оптимального, в этом смысле, размещения производственных сооружений и сооружений защиты подземных вод
• на стадии эксплуатации – для постоянного гидроэкологического мониторинга района и выдачи рекомендаций по уменьшению последствий аварийных ситуаций

Виртуальные гидроэкологические модели географических районов

Пример расчетной области г. Саров	Пример расчетной области г. Сосновый Бор	Токтогульское водохранилище (Киргизия)

Расчеты защитных экранов

Поле концентрации без экрана и для экранов из глины и  сорбирующего геля (вид в плане)
Поле концентрации без экрана и для экранов из глины и сорбирующего геля (вертикальный разрез)