Теоретическая и математическая физика

Секция 1. Теоретическая и математическая физика

И.А. Антипин, К.К. Олесницкая, М.А. Шубина ВИЗУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ТЕСТИРОВАНИЯ БИБЛИОТЕКИ EFR. ДИАГНОСТИКА И КОРРЕКЦИЯ EFR- РАЗРЕЗОВ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

В рамках общего интерфейса создаваемого в математическом отделении РФЯЦ-ВНИИЭФ разрабатывается библиотека EFR, обеспечивающая проблемно-ориентированный масштабируемый ввод-вывод расчетных сеточных данных на многопроцессорных ЭВМ. Массовое использование и постоянное развитие библиотеки EFR потребовало от разработчиков решения следующих актуальных задач:

• ускорить и упростить процесс тестирования и отладки функционала библиотеки;
• автоматизировать процесс сборки библиотеки;
• ускорить и упростить процесс внедрения новых возможностей библиотеки в программы общего сервиса.

Для решения поставленных задач начата разработка программного продукта, обеспечивающего следующие основные возможности:

• Автоматическое тестирование функционала библиотеки EFR;
• Автоматическая сборка различных версий библиотеки EFR;
• Создание тестовых ЕФР-разрезов;
• Диагностирование и коррекция ЕФР-разрезов.

В докладе приведена подробная информация о проделанной работе для решения поставленных задач и представлены планы дальнейшего развития.

Ю.В. Бабанова, Д.В. Мокин, Б.Н. Шамраев ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИНЕТИКИ АРРЕНИУСА ПРИ ЧИСЛЕННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОХОЖДЕНИЯ ДЕТОНАЦИОННОЙ ВОЛНЫ НА БОЛЬШИЕ РАССТОЯНИЯ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

В представленном докладе рассмотрены проблемы устранения дефектов численного моделирования прохождения детонационной волны на большие расстояния при использовании подробных сеток.
В кинетике навязанного энерговыделения дефекты связаны с отрывом фронта волны от зоны горения. 
Как известно, одним из способов устранения дефектов является переход в базовых кинетиках на моделирование догорания остатков ВВ с помощью кинетики Аррениуса.
В докладе описывается опробованный на методических и производственных расчетах способ выбора значений предэкспонента в кинетике Аррениуса, такая модификация позволила устранить дефекты профилей величин. 
Отмечено согласие с экспериментальными данными по размерам зоны горения ВВ.

М.Н. Бардина, А.Ю. Алейников, В.В. Горев, И.В. Горев, В.А. Глазунов, Г.Н. Губкова, О.И. Кузьмина, И.Г. Новиков, А.И. Панов, С.Н. Полищук, А.А. Резяпов, Е.И. Рябов, И.Н. Чистякова ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ НИМФА
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

Эта работа выполняется в кооперации с организациями Минобрнауки (СПбГУ, МГУ, КГУ), РАН (ИГЭ) и отраслевой науки (ГУП «ГеоцентрРТ», ОАО «ВНИМИ», ОАО «Энергоизыскания»).
Пакет программ НИМФА предназначен для решения задач многофазной многокомпонентной фильтрации с переносом примесей в подземном пространстве. Пакет предназначен для выполнения расчётов в трёхмерной постановке, в параллельном режиме. 
Основные области применения на данный момент следующие: горнодобывающая отрасль, нефтегазодобыча, атомная энергетика, геоэкология и природопользование, предсказание ЧС и их последствий.
К особенностям рассматриваемых задач можно отнести сложность геометрии пластов, наличие гидрогеологических объектов, соседство областей с сильно отличающимися характеристиками. Для учета этих особенностей в основу программы положен принцип сегментации счетной сетки с использованием, в общем случае, косоугольных ячеек. Трехмерная сетка в комплексе программ НИМФА получается трансляцией двумерного образа сетки на несколько слоев по оси OZ.
Исходя из описанной структуры сетки, был выбран алгоритм декомпозиции «клетка». Метод декомпозиции «клетка» применяется для двумерной сетки, а впоследствии трехмерная декомпозиция получается путем набора требуемого количества ячеек по оси OZ для каждой из клеток. 
Каждая из параобластей окаймляется фиктивным слоем ячеек, узлов и граней. На основе такой связи осуществляется обмен полями величин, привязанных к центрам ячеек.
Достигнутый уровень развития пакета программ НИМФА позволил решить практически важные задачи нескольких предприятий.
К настоящему моменту имеется опыт решения производственных задач с числом ячеек до 100 млн. в параллельном режиме на 10 000 процессорах с эффективностью распараллеливания не ниже 57%.

А.Н. Бахаев, Ю.А. Бондаренко МЕТОД ПОСТРОЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РАСЧЕТНЫХ СЕТОК ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЙ СОГЛАСОВАНИЯ НА ГРАНИЦАХ РАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

При расчете задач со сложными газодинамическими течениями в многослойных системах в процессе численного решения возникает проблема выбора разностной сетки.
Если область определения решения задачи состоит из нескольких областей, то помимо определенного числа интервалов, которое необходимо иметь в заданной области для нужной точности решения соответствующих дифференциальных уравнений, разностная сетка должна удовлетворять некоторым специальным условиям на границах, а внутри области шаги сетки должны быть близки к равномерным.
Сидоровым А.Ф был предложен алгоритм расчета оптимальных разностных сеток, позволяющий автоматически строить сетки, минимизирующий её отклонение от равномерной. 
Алгоритм МОПС (массовая оптимальная сетка) широко используется для построения “оптимальных” сеток в одномерных методиках. Он основан на использовании минимизации функционала Сидорова А.Ф. Вариационная задача сводится к обыкновенному дифференциальному уравнению, для которого получается аналитическое решение, из которого находятся распределения заданного числа точек по слоям. 
На практике возникает другая задача построения “оптимальной” сетки с заданным числом интервалом в каждом слое и с заданным условием согласования сетки на границах слоёв. В данной работе показан один из способов её решения.
В докладе описана первая попытка применения метода МОПС для построения расчётных сеток, с заданным критерием согласования сетки на внутренних границах и с заданным числом точек в слоях.

А.Ю. Вишняков, В.А. Глазунов КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ЛОГОС. МОДУЛЬ РАСЧЕТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

В докладе приведено описание модуля для расчета уравнения теплопроводности, входящего в пакет программ ЛОГОС. Модуль расчета теплопроводности предназначен для решения нестационарных задач теплопереноса в твердотельных конструкциях и/или неподвижных жидкостях и газах. Расчетные методики построены на структуре данных комплекса ЛОГОС, использующей для расчета метод конечного объема, неструктурированные сетки и неявную аппроксимацию потоков тепла. Приводятся три алгоритма определения потока тепла через грани ячеек, реализованных программно: метод с отложенной коррекцией, градиентный метод и метод наименьших квадратов. Текущая версия модуля включает в себя такие физические процессы, как горение взрывчатых веществ, распространение тепла с учетом фазовых переходов, перенос тепла излучением в прозрачных средах, объемное тепловыделение. Работоспособность модуля продемонстрирована на расчете ряда тестовых задач. Задачи решались как в скалярном, так и в многопроцессорном режимах. Проверялась эффективность распараллеливания, проводились расчеты с различными граничными условиями и различными вариациями дискретизации модели. Кроме того, в докладе представлен интерфейс модуля теплопроводности универсального ПреПостПроцессора UNISYS, используемого для подготовки начальных данных и запуска на счет задач.

С.И. Глазырин ИССЛЕДОВАНИЕ ПУЛЬСАЦИОННОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ В ТЕРМОЯДЕРНОМ ГОРЕНИИ БЕЛЫХ КАРЛИКОВ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

В работе рассмотрено термоядерное горения углеродных белых карликов при взрывах сверхновых типа Ia. Исследованы одномерные свойства дефлаграционного фронта горения. Получен критерий пульсационной неустойчивости горения углерода.

А.С. Коршунов, Ю.Б. Кудасов, Д.А. Маслов, В.Н. Павлов ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙ СТРУКТУРЫ ДЕЛАФОССИТОВ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

Делафосситы являются хорошим примером антиферромагнитного упорядочения на треугольной решетке, дающим представление о влиянии геометрических фрустраций на магнитные свойства такой системы. В данной работе мы выполнили расчеты из первых принципов магнитной структуры AgFeO₂, имеющей гексагональный политип P6₃/mmc, и похожей гипотетической структуры CuFeO₂ для получения параметров обменного взаимодействия, что позволило значительно уменьшить время расчета магнитной структуры CuFeO2. Результаты демонстрируют наличие значительного межслойного антиферромагнитного взаимодействия. Мы показали, что это может приводить к возникновению коллинеарной магнитной структуры в отличие от 120° упорядочения, ожидаемого для гейзенберговских Fe³⁺ ионов. Созданная нами модель, включающая сильные межслойные взаимодействия, позволяет описать наблюдаемые экспериментально ступени в кривой намагниченности.

А.А. Краюхин, А.В. Городничев, А.Г. Иоилев ВАЛИДАЦИЯ ОБОБЩЕННОЙ КВАЗИУПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ В РАСЧЕТНОЙ МЕТОДИКЕ ЭГАК-3D
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров 

В работе приведены результаты валидации обобщенной квазиупругопластической модели (ОКУП модели) деформирования и разрушения скальных грунтов в расчетной эйлеровой методике ЭГАК-3D. Данная модель была разработана в ЦФТИ МО РФ для описания механического действия ядерного взрыва на скальный грунт. Эта модель позволяет учитывать широкий спектр процессов и особенностей, имеющих место при динамическом нагружении горной породы: зависимость скорости релаксации напряжений от скорости протекания процесса нагружения и различие траекторий нагружения и разгрузки при неразрушающих нагрузках, конечную длительность сдвигового разрушения, дилатансионное разрыхление и уплотнение разрушенного материала, откольное разрушение и анизотропию прочностных свойств. ОКУП модель была реализована в расчетной методике ЭГАК-3D. Для валидации были выбраны эксперименты о камуфлетном взрыве в граните и проникании свинцового сферического ударника в полубесконечную гранитную мишень. Результаты расчетов показали хорошее согласие с опытными данными.

В.В. Лазарев, О.Н.Борисенко, В.Ф. Фархутдинов, Д.В. Логинов, Н.А. Ховрин ПОСТРОЕНИЕ БЛОЧНО-РЕГУЛЯРНЫХ СЕТОК В «ЛОГОС.ПРЕПОСТ»
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

Одним из методов построения расчетных сеток в разрабатываемом в ИТМФ препостпроцессоре LOGOS является метод блочно-регулярных сеток. Метод не входит в класс автоматических построителей сеток, а предполагает активное взаимодействие с пользователем. Реализация данного метода представляет собой комплексную задачу, в которой кроме структур данных представления блочной топологии, алгоритмов их обработки и построения сетки важной ролью является взаимодействие с пользователем – разработка графического интерфейса, визуализация, преобразование геометрии.
В докладе приведены этапы построения блочно-регулярной сетки, команды построения, редактирования и связывания с геометрией блочной топологии, задания параметров сетки и построения сетки. Приведены примеры построенных сеток. В конце доклада представлены планы по дальнейшему развитию метода.

И.В. Логинов, А.Л. Потехин, В.А. Никитин ПАКЕТ ПРОГРАММ ЛОГОС. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ПАРАЛЛЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», г. Саров

Для развития наукоемких отраслей промышленности страны проводятся ОКР по теме «Разработка технологий проектирования и имитационного моделирования для супер-ЭВМ на основе базового программного обеспечения». Проект получил название «Пакет программ ЛОГОС».
С целью обеспечения проекта средствами графического анализа в ИТМФ РФЯЦ-ВНИИЭФ развивается параллельная система постобработки ScientificView, сегодня как отдельное приложение, а в ближайшей перспективе как основной модуль постобработки в составе пакета программ ЛОГОС.
Причиной развития системы ScientificView послужило то, что на момент начала ее создания ни одна программа визуализации (ParaView, LS-PrePost, Star-CD и т.д.) не могла полностью удовлетворить все потребности пользователей математического отделения, а реализация в таких программах новых возможностей сопряжена с различными трудностями. 
До недавнего времени в системе ScientificView были распараллелены только процедуры чтения и обработки данных. Отображение результатов проводилось на клиентской стороне программы ресурсами ПЭВМ пользователя. Однако, в последнее время всё чаще начали появляться задачи, расчетная сетка в которых содержит миллиарды ячеек. Объем графических данных для отображения таких задач могут превышать несколько гигабайт.
Данную проблему можно решать путем реализации возможности параллельного рендеринга. Параллельный рендеринг – это формирование изображений в параллельном режиме, в том числе и на высокопроизводительных ЭВМ с распределённой памятью.
Данный доклад освещает основные моменты реализации возможности параллельного рендеринга в системе ScientificView. Приводятся задачи, которые необходимо решить для функционирования системы в указанном режиме: инициализация контекста OpenGL под ОС Linux; обеспечение механизма передачи и обработки команд пользователя на серверной стороне программы; обеспечение интерактивного режима работы; реализация механизма параллельного формирования изображений и передачи результатов на клиент.
В заключение доклада приводятся некоторые результаты, полученные при использовании параллельного рендеринга в системе ScientificView по сравнению со обычным параллельным режимом работы программы.