ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРОЦЕССА СВС И ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 7
1.1. Общая информация о СВС 7
1.2. Преимущества СВС 14
1.3. Обзор программных комплексов, используемых для
моделирования СВС 15
1.3.1. LAMMPS 15
1.3.2. NAMD 15
1.3.3. GROMACS 16
1.3.4. HOOMD 16
1.4. Обзор программных систем для распараллеливания 16
1.4.1. OpenMP 17
1.4.2. MPI 19
1.4.3. Charm++ 21
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ПРОЦЕССА СВС В СРЕДЕ С ПЛОТНОЙ УПАКОВКОЙ ЧАСТИЦ 23
2.1. Генерация структуры упаковки и трехмерной сетки узловых
точек для структуры упаковки 23
2.2. Математическая модель процесса СВС 25
2.3. Математическая модель для задачи диффузионной кинетики и
процедура ее численного решения 29
2.4. Вычислительные схемы Кранка-Николсона для сеточного
решения уравнения теплопроводности 30
ГЛАВА 3 РЕАЛИЗАЦИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ И ЕЕТЕСТИРОВАНИЕ 35
3.1. Выбор средств разработки 35
3.2. Описание программы 36
3.2.1. Схемы распараллеливания 38
3.2.2. Краткий алгоритм программы 38
3.2.3. Алгоритм для диффузионной задачи 40
3.2.4. Отображение на сетку 41
3.2.5. Блок-схема для задачи теплопередачи 42
3.3. Тестирование и результаты 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 46
С развитием науки и техники всё ощутимее и ощутимее становится
потребность в материалах с особыми свойствами, такими как высокая
прочность и жаростойкость, сложная форма и строение.
Одним из методов решения задачи производства материалов с необычными свойствами является самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), этот метод представляет из себя экзотермическую
реакцию, продвигающуюся по образцу, послойно путём теплопередачи.
СВС основывается на принципе максимального использования химической энергии реагирующих веществ, что позволяет избежать использования дополнительных ресурсов в процессе производства и оптимально
организовать высокоэффективные технологические процессы. Так же СВС
процессы обладают эффектом самоочистки за счёт высокой температуры
протекания реакции, это позволяет получать более чистые, чем исходные
материалы, итоговые продукты [1].
Продукты СВС получили широкое распространение в современном
мире. Они используются для производства:
- твердых сплавов и абразивов, высокотемпературной конструкционной и жаростойкой керамики;
- материалов для электроники и электротехники и современных
сверхпроводящих материалов;
- коррозионно-стойких защитных и износостойких покрытий;
- катализаторов в химической промышленности;
- материалов с памятью формы для медицины.
Однако при необходимости получения новых соединений приходится проводить множество экспериментов с редким дорогостоящим оборудованием и, зачастую, дорогостоящими компонентами.
В ходе работы были проанализированы уже существующие программы, способные выполнять подобные функции, выявлены их особенности, достоинства и недостатки, проанализированы существующие наборы
инструментов параллельного программирования, на основе анализа, принято решение об использовании инструментария MPI.
В рамках программного комплекса, разработана параллельная программа для моделирования макрокинетики СВС в гетерогенных порошковых смесях. В процессе работы были проведены испытания, показавшие
работоспособность разработанной программы.
