Новости

Программа предназначена для восстановления положения рассевающих объектов во вмещающих упругих средах. Первый модуль предназначен для моделирования распространения волн в средах с рассеивающими объектами. Второй – для восстановления положения рассеивателей по сейсмограммам.

Область применения – вычислительная геофизика.

Используемый алгоритм. Для решения задачи восстановления рассеивающих объектов используется алгоритм на основе метода зеркального обращения времени (Time Reverse Mirror, TRM). Распространение волн в среде описывается системой уравнений динамической теории упругости в скоростях – напряжениях. Для решения системы используется конечно-разностный метод на сдвинутых сетках, при этом вычислительная область окружается идеально-согласованным поглощающим граничным слоем (CPML), чтобы избежать нежелательных отражений от границ расчётной области. В каждый момент времени в определённых точках области (приёмниках) фиксируется значение компонент напряжения волнового поля. Результатом моделирования являются синтетические сейсмограммы.

На втором этапе согласно принципу обратимости времени эти сейсмограммы используются в качестве сигнала в точках, где ранее были расположены приёмники. Для этого записанные сейсмограммы нужно подвергнуть специальной обработке. Во-первых, может потребоваться отделить расссеянные волны от прямых, отражённых и преломлённых с помощью зануления соответствующей части сейсмограмм. Во-вторых, требуется обратить сейсмограммы во времени и поместить в качестве функций источника в точки, ранее соответствующие приёмникам (рис.1).

Этап обращения встроен в программу. За этим отличием решается та же самая система уравнений, что и на первом этапе. Однако теперь в каждый момент времени вычисляется значение суммарной полной энергии волнового поля, чтобы не зависеть от времени включения вторичных источников. Выходные данные - суммарное распределение полной энергии волнового поля.

Численные эксперименты показывают устойчивую корреляцию между концентрациями неоднородностей в случайной среде и разрастанием амплитуды энергии (рис. 2).

Распараллеливание выполнено с использованием декомпозиции расчётной области. Область разделяется на части в каждом из направлений в соответствии с заданным количеством вычислительных узлов. Для облегчения передачи данных между узлами применяется технология itable.

Разделение вычислений выполнено средствами библиотеки MPI.

Алгоритм детально описан в публикациях:

[1] Галактионова А.А., Решетова Г.В. Реконструкция рассеивающих объектов путём зеркального обращения времени // Геофизика. – 2022. – №9. – С. 76-81.

[2] Reshetova G., Galaktionova A. Reconstruction of subsurface scattering objects by the time reversal mirror // Siberian Electronic Mathematical Reports. – 2022. – 19(2). – P. 517–527.

Функциональные возможности – программа предназначена для работы на многопроцессорных вычислительных системах. Объём используемой оперативной памяти при работе программы зависит от размера рассчитываемой области по пространственным координатам и шага дискретизации в разностной сетке. При выборе достаточного количества вычислительных узлов объём данных неограничен. Рекомендуемое количество узлов расчётной сетки на один вычислительный процесс – 20000-30000.

Инструментальные средства создания – программа написана на языке C с использованием библиотеки MPI.

2023-02-10

Программа для моделирования массопереноса в высыхающей на подложке капле в приближении тонкого слоя

Программа предназначена для моделирования массопереноса в высыхающей на подложке капле на базе приближения тонкого слоя. Модель учитывает перенос растворённого или взвешенного вещества капиллярным потоком, диффузию этого вещества, испарение жидкости, формирование твёрдого осадка, зависимость вязкости и плотности потока пара от концентрации примеси. Рассматривается случай, когда трёхфазная граница "жидкость-подложка-воздух" закреплена.

Область применения - инженерные расчёты и научные исследования в области испарительной самосборки, функциональных покрытий, испарительной литографии, струйной печати и так далее.

Используемые алгоритмы основаны на явных и неявных разностных схемах. Предложена модификация численного метода, в которой комбинируется расщепление по физическим процессам, итерационный метод явной релаксации и метод прогонки. Разработан метод подавления пилообразных осцилляций.

Функциональные возможности программы: проведение расчёта для различных значений геометрических параметров (радиус основания капли, краевой угол смачивания и высота капли) и физических параметров раствора (начальная концентрация, коэффициент диффузии растворённого или взвешенного вещества, плотность, коэффициент поверхностного натяжения и другие). Для различных моментов времени процесса программа позволяет получить следующие данные, сохраняемые в файлы: двумерное поле скорости потока для осесимметричной задачи, профиль толщины жикого слоя или финального осадка, пространственное распределение массовой доли, усреднённой по толщине слоя, для растворённого или взвешенного вещества. Ограничение работы программы заключается в количестве узлов сетки N вдоль горизонтального направления, которое не должно превышать значение 101. При N > 101 необходимо значительно уменьшать временной шаг dt, что сделает расчёт не целесообразным из-за его большой продолжительности по времени.

Инструментальные средства создания - Visual Studio 2022 Community Edition (язык С++).

Лицензия - GNU General Public License v3.0

Алгоритм подробно описан в публикации Kolegov, K. S. (2023). Suppression of sawtooth oscillations when using a finite-difference scheme for mass transfer simulation via the lubrication approximation in a droplet evaporated on a substrate.

https://doi.org/10.48550/arXiv.2301.06983 (in Russian language)

https://github.com/kolegovk/Suppression-of-sawtooth-oscillations.git

Исследование выполнено в рамках работы по гранту Российского научного фонда

№ 22-79-10216 https://rscf.ru/project/22-79-10216/

2023-01-24

Программа для приближённого расчёта площади области, покрываемой беспроводной сенсорной сетью с ненадёжными узлами

Назначение – программа предназначена для приближённого расчёта площади области, покрываемой беспроводной сенсорной сетью с ненадёжными узлами

Область применения - анализ надёжности и живучести беспроводной сенсорной сети (БСС), предназначенной для мониторинга некоторой территории.

Предполагается, что каждый сенсор БСС производит мониторинг области заданного радиуса. Для каждого сенсора задано значение его надёжности. Требуется, чтобы работоспособные сенсоры были связаны с одним из стоков (узлов БСС, предназначенных для сбора данных).

Программа оценивает математическое ожидание площади двумерной области, образованной всеми точками, находящимися в радиусе действия какого-либо работоспособного сенсора, который может устанавливать соединение со стоком через другие работоспособные сенсоры. Алгоритм описан в статье: Кучеров А.В., Мигов Д.А. Расчёт ожидаемой площади покрытия беспроводной сенсорной сети с ненадёжными узлами // Проблемы информатики. № 3, 2018, с. 21-33.

Расчёт основан на двухуровневой схеме использования метода Монте Карло: строится определённое число реализаций графа БСС, определяемых присутствием/отсутствием каждого сенсора, и для каждой реализации оценивается площадь мониторируемой области путем многократного случайного бросания точки в заданную область.

Входные данные программы: файл с описанием графа формата JSON и некоторыми дополнительными данными (границы рассматриваемой области и число реализаций метода Монте Карло на двух уровнях). Данные вводятся в необходимые поля. Если границы области не заданы, они будут определены автоматически как наибольший прямоугольник, все стороны которого содержат точки, мониторируемые сетью в предположении, что все узлы надёжны.

В файле должны быть записаны номера всех вершин, их координаты, номера вершин для связей, радиус и вероятность отказа каждого узла (значение от 0 до 1), а также информация, является ли узел стоком или нет. Пример файла прилагается к программе.

Выходные данные программы – приблизительное значение площади покрытия БСС. Вычисляется абсолютное значение площади и относительное – доля покрываемой области от всей рассматриваемой области. Также выводится время расчёта, дисперсия и значение двух сигм для определения погрешности решения.

Функциональные возможности – Программа позволяет работать с сетями любой размерности.

Инструментальные средства создания – C#.

Алгоритм и программа разработаны при поддержке РФФИ и ГФЕН в рамках научного проекта № 21-57-53011. Funding: The reported study was funded by RFBR and NSFC, project number 21-57-53011.

2022-12-19

Расчет надежности регулярных протяженных структур

Программа предназначена для точного вычисления структурной надежности и оценки функциональной надежности протяженной сети с ненадежными каналами и регулярной топологией специального вида.

Область применения - мониторинг протяженных инфраструктурных объектов, проектирование и оптимизация топологии сетей мониторинга трубопроводов, протоколы для беспроводных сенсорных сетей, технологий энергосбережения для Интернета вещей. Тип ЭВМ: IBM-совместимый ПК или иное компьютерное устройство с поддержкой Python 3.

Используемые алгоритмы основаны на рекуррентных формулах, полученных с использованием метода факторизации. Детальное описание алгоритмов можно найти в публикациях, подготовленных в ходе исследования в рамках проекта РФФИ 21-57-53011, например:

1. V. Shakhov, H. Chen, A. Rodionov "Reliability Polynomial for Rectangular Lattice Strip". Proc. of IEEE conference Sibircon 2022.

2. V. Shakhov, A. Yurgenson and H. Chen, "On Reliability of Pipeline Monitoring Sensor Networks," 2022 16th International Conference on Ubiquitous Information Management and Communication (IMCOM), 2022, doi: 10.1109/IMCOM53663.2022.9721631.

Функциональные возможности программы: для графа вида одномерной квадратной или треугольной регулярной решетки, вычисляется точное значение полинома надежности. Количество звеньев ленты и вероятность наличия ребра являются входными параметрами. Также программа позволяет генерировать в явном виде полиномы надежности указанных графов любого размера. Реализованы вспомогательные модели надежности канала, которые позволяют оценивать мгновенные показатели функциональной надежности сети. Имеются модули с примерами использования функционала программы.

Инструментальные средства создания - Python 3, дистрибутив Anaconda.

В прилагаемых файлых - скриншоты примеров работы программы.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и ГФЕН в рамках научного проекта № 21-57-53011. Funding: The reported study was funded by RFBR and NSFC, project number 21-57-53011.

2021-10-22

Тесты по химии твёрдого тела

Назначение: обучение студентов по учебной дисциплине "Химия твёрдого тела".

Область применения: высшие учебные заведения.

Предполагается использование базы данных "Тесты по химии твёрдого тела" в составе соответствующего электронного учебного курса (базы данных) на платформе электронного обучения (e-learning) типа Moodle или других подобных программных продуктов. Элементы базы данных вносятся в соответствующие разделы интерактивных форм программных оболочек. Возможно самостоятельное формирование файла базы данных в различных форматах (например, программами Notepad или Excel) и написание программ обработки этого файла и пользовательских запросов на языках web-программирования (PHP и др.).

Полями базы данных являются:

1) Формулировка высказывания;

2) Правильные варианты высказывания;

3) Дистракторы (неправильные варианты);

4) Общее пояснение к ответу;

5) Пояснения к отдельным вариантам;

6) Тип задания (единственный или множественный выбор и др.);

7) Технические данные (количество вариантов, количество правильных вариантов).

Инструментальные средства создания - текстовый и графический редакторы.