Разработка математических моделей, алгоритмов, создание вычислительного комплекса для прогнозирования поведения перспективных материалов и конструкций при динамических нагрузках

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-21-20091

НазваниеРазработка математических моделей, алгоритмов, создание вычислительного комплекса для прогнозирования поведения перспективных материалов и конструкций при динамических нагрузках

Руководитель Радченко Павел Андреевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук , Томская обл

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-305 - Разрушение деформируемых тел, кинетика и динамика

Ключевые слова деформация, напряжение, разрушение, ударная волна, численное моделирование, материал, анизотропия, бетон, конструкция, композит

Код ГРНТИ30.19.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Цель настоящего проекта - создание программного комплекса для проведения широкопараметрических исследований свойств перспективных материалов и поведения конструкций при динамических нагрузках. Достижение заявленной в проекте цели предполагает как построение математических моделей поведения материалов, учитывающих широкий спектр физико-механических свойств на макро и микроуровнях, так и создание высокопроизводительного вычислительного комплекса, позволяющего проводить численное моделирование геометрически сложных конструкций при динамических нагрузках. При интенсивных динамических нагрузках материалы подвергаются значительным сжатиям и нагревам, а также испытывают фазовые превращения. Экспериментальное исследование осложняются масштабами явлений во времени и в пространстве, а также дороговизной экспериментов. Таким образом, актуальным становится проведение численных экспериментов на макро и микроуровнях. Чтобы решить подобную задачу, требуется создать математическую модель поведения материала, работоспособную в широком диапазоне начальных условий. В моделях будет учтена пространственная неоднородность распределения (анизотропия, структура) физико-механических свойств, которая характерна для современных композитов. Вторая задача - создание высокопроизводительного программного комплекса, предполагает разработку алгоритма построения оптимальной конечно элементной сетки, реализацию алгоритма фрагментации с учетом выполнения всех законом сохранения, организацию распараллеливания вычислений. В настоящее время при проектировании и расчетном обосновании прочности различных изделий используются коммерческие многофункциональные и многопрофильные программные комплексы, такие как ANSYS, ABAQUS, LS-DYNA, MSC.NASTRAN и др. При этом в большинстве пакетов используются либо устаревшие модели поведения материалов, не способные адекватно описывать реальные процессы, либо используются модели, применение которых требует наличия большого числа констант материалов. А так как в высокотехнологичных отраслях, зачастую, используются уникальные материалы с мало изученными физико-механическими свойствами, то нахождение и определение констант для моделей превращается в отдельную поисковую работу. В процессе работы над проектом, на основе представленных подходов и методик будут разработаны высокоэффективные параллельные масштабируемые коды и алгоритмы. Для этого будет использовано традиционное и хорошо развитое направление, основанное на MPI (Message Passing Interface) для параллельных кластеров с разделенной памятью. Другим перспективным и достаточно эффективным направлением является создание алгоритмов и кодов, которые позволят проводить вычисления с использованием графических процессоров (ГПУ) общего назначения компании NVIDIA, поддерживающих технологию CUDA. Появление гибридных вычислительных кластеров открыло возможности разработки новых алгоритмов, которые используют технологию CUDA для проведения части ресурсоемких расчетов, а для связи между различными ГПУ, физически принадлежащих разным узлам кластера, используется технология MPI. Создание собственных расчетных кодов и алгоритмов дает полную независимость и автономию от различных пакетов (как свободных, так и платных) и вносит вклад в проводимую политику импортозамещения в сфере высоких технологий. Кроме того, преимущества создания собственного комплекса расчетных программ заключается еще и в гибкости выбора подходов, методик для расчета искомых характеристик, а разработка программ для узких поставленных целей во многом повышает точность и быстродействие расчетов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Радченко П.А., Радченко А.В., Батуев С.П., The Influence of The Shape of The Head Part of A Cylindrical Heavy Alloy Striker on The Process of Its Interaction With An Aluminum Barrier AIP Conference Proceedings, 2899, 020121 (2023) (год публикации - 2023)
10.1063/5.0162809

2. Батуев С.П., Радченко П.А., Радченко А.В. Modeling of Fracture of Reinforced and Unreinforced Concrete Structures under Impact Loads AIP Conference Proceedings, 2899, 020014 (2023) (год публикации - 2023)
10.1063/5.0163769

3. Радченко А.В., Радченко П.А., Батуев С.П., Вик К.В. Stress-Strain State of An Anodic Block of Electrolyzer with Aluminum Conductive Rods AIP Conference Proceedings, 2899, 020120 (2023) (год публикации - 2023)
10.1063/5.0162816

4. Батуев С.П., Радченко П.А., Радченко А.В. Моделирование поведения защитных конструкций из армоцемента при динамическом нагружении Материалы XI Всероссийской научной конференции с международным участием. Под редакцией М.Ю. Орлова. Томск, 2022., Материалы XI Всероссийской научной конференции с международным участием. Под редакцией М.Ю. Орлова. Томск, 2022. С. 303-305. (год публикации - 2022)

5. Радченко П.А., Радченко А.В., Батуев С.П. Влияние вращения и угла атаки на взаимодействие стальных и тяжелосплавных ударников с металлическими преградами Тезисы XVI Всероссийского симпозиума по горению и взрыву. Тезисы докладов. Черноголовка, 2022. С. 141-142. Издательство: Институт проблем химической физики РАН, Тезисы XVI Всероссийского симпозиума по горению и взрыву. Тезисы докладов. Черноголовка, 2022. С. 141-142. Издательство: Институт проблем химической физики РАН (год публикации - 2022)

6. Вик К.В., Радченко П.А., Радченко А.В., Батуев С.П. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния и разрушения анодного блока электролизёра при нагреве Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения : сборник научных трудов Международной научно-технической молодежной конференции / под ред. С.П. Буяковой; Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2022. – 391 с., Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения : сборник научных трудов Международной научно-технической молодежной конференции / под ред. С.П. Буяковой; Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2022. – 391 с. (год публикации - 2022)

7. Батуев С.П.,Радченко П.А., Радченко А.В. Особенности разрушения стекла и бетона при ударно-волновом нагружении XVI Международная конференция «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций» : сб. материалов (Екатеринбург, 16–20 мая 2022 г.). – Екатеринбург : ИМАШ УрО РАН, 2022. – 214 с., XVI Международная конференция «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций» : сб. материалов (Екатеринбург, 16–20 мая 2022 г.). – Екатеринбург : ИМАШ УрО РАН, 2022. – 214 с. (год публикации - 2022)

8. Радченко П.А., Радченко А.В., Батуев С.П. Анализ разрушения ударников из стали и тяжелых сплавов при взаимодействии с металлическими преградами XVI Международная конференция «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций» : сб. материалов (Екатеринбург, 16–20 мая 2022 г.). – Екатеринбург : ИМАШ УрО РАН, 2022. – 214 с., XVI Международная конференция «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций» : сб. материалов (Екатеринбург, 16–20 мая 2022 г.). – Екатеринбург : ИМАШ УрО РАН, 2022. – 214 с. (год публикации - 2022)

Публикации

1. Радченко П.А., Батуев С.П., Радченко А.В. IMPLEMENTATION OF THE EROSION ALGORITHM UNDER HIGH-STRAIN RATE CONDITIONS Russian Physics Journal, Vol. 66, No. 6, October, 2023, P. 612-617 (год публикации - 2023)
10.1007/s11182-023-02983-4

2. Батуев С.П., Буркин В.В., Дьячковский А.С., Ищенко А.Н., Радченко П.А., Радченко А.В., Саммель А.Ю., Степанов Е.Ю., Чупашев А.В. Экспериментально–теоретическое исследование взаимодействия космического мусора с экранированными преградами ФИЗИЧЕСКАЯ МЕЗОМЕХАНИКА (год публикации - 2024)

3. Радченко П.А., Батуев С.П., Радченко А.В. IMPLEMENTATION OF NON-REFLECTING BOUNDARY CONDITIONS IN THE EFES SOFTWARE PACKAGE FOR SOLVING DYNAMIC CONTACT PROBLEMS Russian Physics Journal (год публикации - 2024)

4. Радченко П.А., Радченко А.В., Батуев С.П. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИПЕРСКОРОСТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА С ЗАЩИТНЫМИ ЭКРАНАМИ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СБОРНИК ТЕЗИСОВ XXVIII ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДАМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕОРИИ УПРУГОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ. Красноярск, 2023 Издательство: СФУ, СБОРНИК ТЕЗИСОВ XXVIII ВСЕРОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ЧИСЛЕННЫМ МЕТОДАМ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕОРИИ УПРУГОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ. Красноярск, 2023 Издательство: СФУ, с.111-113. (год публикации - 2023)

5. Радченко П.А., Батуев С.П., Радченко А.В. РЕАЛИЗАЦИЯ НЕОТРАЖАЮЩИХ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ EFES ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН В ТРЕХМЕРНОЙ ПОСТАНОВКЕ ФИЗИЧЕСКАЯ МЕЗОМЕХАНИКА. МАТЕРИАЛЫ С МНОГОУРОВНЕВОЙ ИЕРАРХИЧЕСКИ ОРГАНИЗОВАННОЙ СТРУКТУРОЙ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Тезисы докладов Международной конференции, ИФПМ СО РАН, Томск, ФИЗИЧЕСКАЯ МЕЗОМЕХАНИКА. МАТЕРИАЛЫ С МНОГОУРОВНЕВОЙ ИЕРАРХИЧЕСКИ ОРГАНИЗОВАННОЙ СТРУКТУРОЙ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. 2023, Томск, ИФПМ СО РАН, с.322 (год публикации - 2023)
10.55652/meso2023_11-14_09

6. Радченко А.В., Радченко П.А., Батуев С.П. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УДАРНИКОВ ИЗ ВЫСОКОПЛОТНОГО СПЛАВА С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ПРЕГРАДАМИ XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. Сборник тезисов докладов. Т 3. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Санкт-Петербург, 2023., XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. Сборник тезисов докладов. Т 3. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Санкт-Петербург, 2023. С. 426-428. (год публикации - 2023)
10.18720/SPBPU/2/id23-629

7. Радченко П.А., Батуев С.П., Радченко А.В. ВЛИЯНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УДАРНИКА НА РАЗРУШЕНИЕ И ПРОЦЕСС ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПРЕГРАДОЙ ПРИ УДАРЕ XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. Сборник тезисов докладов. Т 3. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Санкт-Петербург, 2023., XIII Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. Сборник тезисов докладов. Т 3. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Санкт-Петербург, 2023. С. 429-431. (год публикации - 2023)
10.18720/SPBPU/2/id23-629