Авторитетность издания
ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
№2
Ожидается:
16 Июня 2024
Статьи журнала №3 2012
51. Параллельные алгоритмы для анализа прочности наводороженных конструкций [№3 за 2012 год]Авторы: Федотов В.П. (fedotov@imach.uran.ru) - Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана; Спевак Л.Ф. (lfs@imach.uran.ru) - Институт машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург, доктор технических наук; Нефедова О.А. (nefedova@imach.uran.ru) - Институт машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург;
Аннотация: Предложена модель оценки водородной хрупкости плоских элементов металлических конструкций с дефектами. Известно, что в металлических деталях с дефектами распределение концентрации водорода существенно неравномерно – около дефектов формируются зоны повышенной концентрации с высоким давлением молекулярного водорода. Разработанная модель может использоваться при анализе процессов разрушения металлических конструкций, подверженных интенсивному внешнему воздействию. В этом случае внутреннее давление в дефектах растет достаточно быстро, что приводит к разрушению элементов конструкций. В основе модели лежит алгоритм решения связной диффузионно-деформационной задачи, которая включает в себя как уравнения, описывающие процессы диффузии водорода в напряженном поле, так и уравнения механики для тензоров напряжения и деформации, учитывающие влияние процесса диффузии. Решение деформационной задачи в рамках линейной теории упругости осуществляется с помощью модифицированного метода граничных элементов. Накопление водорода в окрестностях дефектов опи-сывается уравнением конвективной диффузии в поле высоких механических напряжений. Диффузионная задача также решается модифицированным методом граничных элементов. Решение связной задачи осуществляется по шагам по времени. На заключительном этапе расчетов на каждом шаге вычисляется давление молекулярного водорода в каждом из дефектов и выполняется проверка условия разрушения их границ. Для сокращения затрат машинного времени использовалась процедура распараллеливания счета. На базе алгоритма разработана программа с возможно-стью реализации на многопроцессорном вычислительном комплексе. В качестве иллюстрации предложенного алго-ритма была решена двухмерная задача диффузии водорода в окрестности дефекта – поры для металлического образца, находящегося под действием внешних растягивающих напряжений. Результаты расчетов показаны на графиках.
Abstract: The work provides a model for estimation of hydrogen brittleness for flat elements used in metal structures with defects. It is known that defective metal parts the hydrogen concentration is distributed fairly uneven – defect area is surrounded with molecular hydrogen of high concentration under high pressure. This model can be used for analysis of destruction process of a metal structure that is exposed to intensive external action. In this case, internal pressure in defects grows quickly, and this leads to destruction of such elements. The model uses algorithm of coupled diffusion-deformation problem. Coupled problem includes equations that describe hydrogen diffusion process in high field, and mechanic equations for stress and deformation tensors that consider diffusion process. Solution of deformation problem in linear elasticity theory is made with modified boundary element method. Collection of the hydrogen around defect area is described by convective diffusion in the field of high mechanical stress. Diffusion problem can be solved with modified boundary element method. Solution of the coupled problem can be obtained step by step in time. In final stage of calculation, each step produces value of molecular hydrogen pressure in every defect and then destruction condition of boundaries is checked. For reduction of computing time, parallelizing procedure was performed. The program was designed with this algorithm. This program can be implemented on multiprocessor computing system. This algorithm was illustrated by solution of two-dimensional problem of hydrogen diffusion around the defect – pores for the metal sample exposed to external tension stress. Calculation outputs are shown in charts.
Ключевые слова: аналитическое интегрирование., модифицированный метод граничных элементов, водородное охрупчивание, связная диффузионно-деформационная задача, параллельные вычисленияKeywords: analytical integration, modified boundary element method, hydrogen embrittlement, coupled diffusion-deformation problem, parallel computing
Просмотров: 9620
52. Разработка алгоритма параллельных вычислений для описания массопереноса в поре [№3 за 2012 год]
Авторы: Поветкин А.Д. () - Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, г. Москва; Чан Хыу Куе (que_kola@mail.ru) - Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, г. Москва; Кольцова Э.М. (kolts@muctr.ru) - Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: Рассматривается модель на основе метода молекулярной динамики, описывающая перенос газа в порах малого размера. Учитываются два типа переноса вещества, происходящего внутри поры: диффузия Кнудсена и молекулярная диффузия. Для описания движения и взаимодействия молекул рассматриваются два варианта. В первом молекулы движутся по законам классической механики и взаимодействуют друг с другом, а также со стенкой по принципу абсолютно упругого удара. Принимается, что частицы могут сталкиваться со стенкой поры разными способами – зеркальным и диффузным, причем для каждого конкретного соударения способ определяется случайным образом, и соотношение количества соударений по обоим способам является одним из параметров модели. Во втором варианте взаимодействие молекул описывается с применением межмолекулярного потенциала взаимодействия Леннарда–Джонса. Расчет движения молекул проводится с привлечением алгоритмов параллельного вычисления. Организация параллельных вычислений осуществляется с применением технологии CUDA. Для хранения параметров частиц ис-пользуется трехмерный массив. Число ячеек массива соответствует числу частиц в системе. В каждой ячейке массива хранятся параметры какой-либо частицы (координаты, вектор скорости, вектор ускорения и тип). Отдельно существует одномерный массив типов. Количество элементов массива равно количеству типов частиц, присутствующих в системе. В ячейках хранятся параметры каждого из веществ, присутствующих в системе, – масса и радиус частицы, коэффициенты потенциала межмолекулярного взаимодействия. Для упорядочения элементов в массиве применяется алгоритм сортировки пузырьком, приспособленный для параллельной реализации и расширенный для трехмерного случая. Приведены основные блок-схемы расчета.
Abstract: Here is described a model using molecular dynamics approach that describes gas transfer in small pores. Two types of the mass transfer that happen in a pore were taken into account: Knudsen diffusion and molecular diffusion. Two cases of interaction are mentioned that describe molecular movement and interaction. First case describes the variant, where molecules move according to classic mechanics law and where they interact with each other and a wall, on the principle of perfectly elastic collision. It is assumed that the particles can collide with the pore’s wall in two ways: mirror and diffusion, and for each specific collision this way is defined at random fashion, and the ratio of collisions according to both ways presents one of the features of the model. The second case describes molecular interaction using intermolecular potential of Lennard-Jones interaction. Calculation of molecular movement was made with parallel algorithms. Parallel computing is made with the use of CUDA technology. Information about particle features is stored in 3-D array. Number of array cells corresponds to number of particles in the system. Each array cell contains information about particle: coordinates, velocity vector, speed up vector and its type. One dimension array of particle type exists separately. Number of array elements equals to number of types of existing particles. Cells contain information about each substance that is present in the system: particle’s mass and radius, coefficient of molecular interaction potential. The array was arranged with bubble sort algorithm adapted for parallel operation and extended for 3-D case. The article contains basic computation flow charts.
Ключевые слова: параллельное вычисление., коэффициент диффузии, диффузия кнудсена, диффузия газа, молекулярная динамикаKeywords: parallel computing, diffusion coefficient, Knudsen diffusion, gas diffusion, molecular dynamics
Просмотров: 9184
53. Алгоритмы оптимизации непрерывного процесса биосинтеза молочной кислоты [№3 за 2012 год]
Авторы: Гордеев Л.С. (l.s.gordeev@yandex.ru) - Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, доктор технических наук; Гордеева Ю.Л. (l.s.gordeev@yandex.ru) - Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина, кандидат технических наук; Ивашкин Ю.А. (ivashkin@msaab.ru) - Московский государственный университет прикладной биотехнологии, доктор технических наук;
Аннотация: Получены соотношения для расчета показателей непрерывного процесса биосинтеза молочной кислоты. В основе соотношений лежит математическая модель непрерывного процесса синтеза в ферментёре с перемешиванием. Особенность модели заключается в том, что для каждого компонента (субстрата, биомассы и продукта) записывается свое выражение для удельной скорости. В качестве критерия оптимальности используется продуктивность Qp по целевому продукту (молочной кислоте). При решении оптимальной задачи сначала оцениваются скорость протока D и концентрация субстрата в выходном потоке, а затем рассчитывается концентрация субстрата Sf на входе в аппарат. Эти показатели обеспечивают максимум продуктивности. Полученные соотношения использованы для разработки алгоритмов оптимизации непрерывного процесса биосинтеза молочной кислоты. Рассмотрены три варианта постановки задачи: 1) в отсутствие ограничений по концентрации субстрата в поступающем потоке и по величине протока; 2) при максимально возможной концентрации субстрата в поступающем потоке и заданной величине протока; 3) при ограничении на скорость протока. Во втором варианте определяется концентрация субстрата в поступающем потоке для оптимальных условий, в третьем – величина протока. Во втором алгоритме предусмотрены проверка правильности задания величины протока и возможность корректировки. Результаты численных расчетов показали, что наибольшее значение продуктивности достигается для первого варианта: Qp=12,42 г/(лч) Sf=46,8 г/л и D=0,5 ч–1, в то время как продуктивность по второму варианту Qp=7,85 г/(лч) при Sf=30,39 г/л и D=0,8 ч–1, а по третьему – Qp=12,23 г/(лч) при Sf=60 г/л и D=0,5 ч–1.
Abstract: In the article there are obtained ratios for calculation of continuous lactic acid biosynthesis indicators. The ratios are based on a mathematical model of continuous synthesis in fermenter with agitation. Feature of the model is that each component (substrate, biomass and product) the own expression for specific velocity is written. As the criterion of optimality the productivity Qp on target product (lactic acid) is used. When solving optimal task, at first there are evaluated the channel speed D and the substrate concentration in the output flow, and then the substrate concentration Sf at the inlet of the machine is calculated ensuring maximum productivity. The obtained ratios are used for the development of algorithms of continuous lactic acid biosynthesis optimization. Three variants are considered: absence of limits of the substrate concentration in the incoming flow and the flow value; the maximum possible substrate concentration in the incoming flow and the specified flow value; limit of the flow speed. The second variant is determined by the concentration of the substrate in the incoming stream for optimal conditions, the third is the flow. The second algorithm provides for validation of flow value and the possibility of correction. Numerical results have shown that the greatest value of productivity is achieved for the first variant: Qp=12,42 g/(l h) Sf=46,8 g/l and D=0,5 h-1. Productivity of the second variant: Qp=7,85 g/(l h), Sf=30,39 g/l and D=0,8 h-1. For the third variant: Qp=12,23 g/(l h), Sf=60 g/l and D=0,5 h-1.
Ключевые слова: молочная кислота., биосинтез, оптимизацияKeywords: lactic acid, biosynthesis, optimisation
Просмотров: 12233
54. Математическая модель пользовательской сети-на-кристалле [№3 за 2012 год]
Авторы: Мосин С.Г. (smosin@vpti.vladimir.ru) - Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, кандидат технических наук; Хассан Мд Муид (dipuuu@gmail.com) - Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых; Тухтамирзаев А.Ю. (dipuuu@gmail.com) - Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых;
Аннотация: Развитие микроэлектроники обеспечило возможность реализации сложных электронных систем в интегральном исполнении. При разработке этих систем выбирают такие САПР, интегральные технологии и маршруты проектиро-вания, которые позволят сократить сроки проектирования, повысить надежность и качество получаемого решения. Для повышения эффективности процесса проектирования предлагаются различные методологии, например, система на кристалле (SoC – system on a chip), система в корпусе (SiP – system in a package), многокристальные модульные системы (MCM – multi chip module) и др. Для проектирования сложных мультипроцессорных систем на кристалле (MPSoC – Multiprocessors System on a Chip) была предложена технология «Сеть-на-кристалле» (NoC – network on a chip). Архитектуры специализированных приложений MPSoC включают многочисленные однородные вычислительные ядра и модули памяти. Каждое ядро обеспечивает ограниченный набор прикладных функциональных возможностей. Для таких проектов можно представить однозначные схемы межъядерной коммуникации. Технологию NoC используют при проектировании для построения коммуникационной среды, обеспечивающей взаимодействие модулей системы. NoC состоит из маршрутизаторов, физически связанных друг с другом. Каждое вычислительное ядро и модули памяти подключены к NoC через интерфейс ресурса к сети (RNI-interface). В общем случае технология NoC предполагает использование однородной топологии – решетки, которая обеспечивает подключение к каждому ком-мутатору одинакового числа ядер, образующих домен. Домены системы взаимодействуют и представляют регулярную структуру. Альтернативным решением является использование неоднородной топологии, что предполагает учет на этапе проектирования специфических особенностей ядер разрабатываемой системы. Выбор количества маршру-тизаторов и способа коммутации выполняют с целью минимизации задержки сигналов, площади кристалла и уровня энергопотребления. Использование неоднородной топологии ориентировано на проектирование специализированных приложений, обладающих минимальной универсальностью. Предложена математическая модель пользовательской сети-на-кристалле (NoC). Приведен алгоритм поиска кратчайшего пути в графе. Представлены полученные результаты работы алгоритма для оптимизации топологии NoC.
Abstract: Microelectronics development provided implementation of complex electronic systems in integrated-circuit form. CAD systems, integral technologies and design cycle during design of electronic system are selected to reduce time of their creation, increase reliability and quality of the final product. The effectiveness of the design process can be improved with different approaches, e.g. SoC – system on a chip, SiP – system in a package, MCM – multi chip module etc. For design of complex MPSoC – Multiprocessors System on a Chip it was provided NoC technology – network on a chip. Architectures of specialized MPSoC applications include numerous heterogeneous computing cores and memory modules. Each core provides a limited set of applicable functions. Such projects can be provided with simple inter-core communication. NoC technology is used for design of communication environment that provides communication between different system modules. NoC consists of routers that are physically connected with each other. Each computation core and memory blocks are connected to NoC by means of interface to the network (RNI-interface). In general case, NoC technology suggests the use of homogeneous topology – the grid, which provides connection of the same number of cores to each switch that form the domain. Domains in the system interact and they represent a regular structure. Alternative solution presents usage of heterogeneous topology; this fact assumes consideration of specific core features during design stage of the designed system. Number of routers and switching method are selected with the purpose of minimization of signal latency, chip size and power consumption. Heterogeneous topology helps to design specialized applications with minimal versatile properties. There is provided mathematical model of the user network-on-chip (NoC). There is provided search shortest path in the flow chart. Obtained outputs of algorithm operation for NoC topology optimization are provided.
Ключевые слова: нерегулярная сеть-на-кристалле., автоматизация проектирования noc, сеть-на-кристалле (noc)Keywords: irregular noc, design automation of noc, network-on-chip (noc)
Просмотров: 7928
◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6
