Фундаментальные аспекты математического моделирования на суперкомпьютерах воздействия интенсивных потоков направленной энергии на материалы

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 17-11-01293

НазваниеФундаментальные аспекты математического моделирования на суперкомпьютерах воздействия интенсивных потоков направленной энергии на материалы

Руководитель Фортова Светлана Владимировна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматизации проектирования Российской академии наук , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-309 - Турбулентность и гидродинамическая устойчивость

Ключевые слова Математическое моделирование, пакеты прикладных программ, уравнение состояния вещества, лазерное и корпускулярное излучение, электромагнитные и плазменные потоки энергии

Код ГРНТИ30.03.19

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью проекта является разработка отечественного программного комплекса для решения многомерных задач динамики интенсивных потоков направленной энергии на суперкомпьютерах и решение с его помощью ряда фундаментальных задач теории высокоскоростного удара и интенсивного лазерного и корпускулярного излучения. Особый интерес представляют задачи высокоскоростного соударения тел, а также мощных лазерных и ионных потоков, с точки зрения фундаментальной проблемы развития неустойчивости контактной границы на гидродинамической стадии процесса. Будет рассмотрена задача о гиперзвуковом соударении металлических пластин с целью качественного объяснение и количественного воспроизведения трехмерных структур на контактной границе, которые наблюдаются в натурных экспериментах. Будут рассмотрены направленные потоки электромагнитного и лазерного излучения на вещество с образованием плазмы самосогласованных электромагнитных полей. Отличительной особенностью проекта будет являться сочетание высокоточных параллельных численных методик для решения трехмерных систем уравнений гиперболического типа – как уравнений Эйлера, так и уравнений для описания течений многофазных сред – с использованием реальных широкодиапазонных уравнений состояния вещества применительно к решению фундаментальных задач динамики взаимодействия интенсивных потоков направленной энергии с веществом. Актуальность проекта заключается в создании отечественного расширяемого программного комплекса, свободного от использования закрытых компонентов, предназначенного для решения фундаментальных задач физики высоких энергий с использованием максимально реалистичных уравнений состояния вещества. При обилии существующих пакетов программ, в основном, зарубежного производства и с закрытым исходным кодом, они имеют преимущественно инженерную направленность, низкую эффективность распараллеливания, и не пригодны для решения больших исследовательских задач. Для решения задач, описывающих различные физические процессы, создаваемый программный комплекс будет предоставлять пользователю несколько численных схем и программные блоки, содержащие специфические для задачи начальные и граничные условия, массовые силы и различные уравнения состояния вещества. Научная новизна проекта определяется тем, что в ходе его реализации будет дано объяснение механизмов формирования трехмерных структур на контактной границе при высокоскоростном соударении металлических пластин с использованием детального трехмерного моделирования и реальных широкодиапазонных уравнений состояний вещества.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Фортова С.В., Уткин П.С., Пронина А.П., Наркунас Т.С., Шепелев В.В. Improvement of three-dimensional mathematical for the simulation of impact of high-speed metallic plates Journal of Physics: Conference Series, V. 946, Paper No. 012052 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/946/1/012052

2. Уткин П.С. Численное моделирование плотных течений двухфазных сред с ударными волнами с использованием двухжидкостных моделей Материалы XII Международной конференции по прикладной математике и механике в аэрокосмической отрасли (NPNJ’2018), 24 – 31 мая 2018 г., Алушта. – М.: Изд-во МАИ, С. 229 – 230 (год публикации - 2018)

3. Уткин П.С., Фортова С.В. Mathematical modeling of high-speed interaction of metallic plates within the two-fluid Euler approach Computational Mathematics and Mathematical Physics, V. 58, No. 8. – P. 1377 – 1383 (год публикации - 2018)
10.1134/S0965542518080171

4. Уткин П.С., Фортова С.В. Numerical modeling of dense flows of two-phase media with shock waves using two-fluid model AIP Conference Proceedings, V. 2027. – Paper 030107 (год публикации - 2018)
10.1063/1.5065201

5. Фортова С.В., Уткин П.С. Математическое моделирование высокоскоростного взаимодействия металлических пластин в рамках двухжидкостного Эйлерова подхода Журнал вычислительной математики и математической физики, Т. 58, № 8. – С. 90 – 96 (год публикации - 2018)
10.31857/S004446690002011-3

6. Годунов С.К., Ключинский Д.В., Фортова С.В., Шепелев В.В. Экспериментальные исследования разностных моделей газовой динамики с ударными волнами Журнал вычислительной математики и математической физики, Т. 58, № 8. – С. 5 – 19 (год публикации - 2018)
10.31857/S004446690001997-7

7. Годунов С.К., Ключинский Д.В., Фортова С.В., Шепелев В.В. Experimental Studies of Difference Gas Dynamics Models with Shock Waves Computational Mathematics and Mathematical Physics, Volume 58, Issue 8, pp.1201-1216 (год публикации - 2018)
10.1134/S0965542518080067

8. Годунов С.К., Ключинский Д.В., Сафронов А.В., Фортова С.В., Шепелев В.В. Experimental study of numerical methods for the solution of gas dynamics problems with shock waves Journal of Physics: Conference Series, V. 946, Paper No. 012048 (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/946/1/012048

9. Фортова, С.В., Уткин, П.С., Казакова, Т.С. Трехмерное численное моделирование развития неустойчивости контактной границы сталкивающихся металлических пластин в газодинамическом приближении Теплофизика высоких температур, том 57, № 2, стр.262-268 (год публикации - 2019)
10.1134/S0040364419020030

10. Фортова С.В., Уткин П.С., Казакова Т.С. Three-dimensional numerical simulation of the development of instability of a contact boundary of colliding metal plates within the gas-dynamic approximation High Temperature, V. 57, No. 2, P. 236 – 241 (год публикации - 2019)
10.1134/S0018151X19020032

11. Порошина Я.Э, Уткин П.С. Pressure relaxation procedure with compaction for the problems of shock wave – particles beds interaction Proceedings of 32nd International Symposium on Shock Waves, Research Publishing, Singapore, Paper No. OR-14-0254, P. 1649–1656 (год публикации - 2019)
10.3850/978-981-11-2730-4_0254-cd

12. Порошина, Я.Э., Уткин, П.С., Фортова, С.В. Численное исследование высокоскоростного соударения пластин с использованием широкодиапазонных уравнений состояния Сборник научных трудов V Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии» ЛаПлаз-2019. 12 – 15 февраля 2019 г. Москва. – Ч. 1.– М.: НИЯУ МИФИ, c. 341-342 (год публикации - 2019)

13. Фортова С.В., Опарина Е.И., Шепелев В.В., Долуденко А.Н. Численное моделирование течения Колмогорова в вязкой и невязкой средах Тезисы докладов. IV Всероссийская конференция «Теплофизика и физическая гидродинамика» с элементами школы молодых ученых, Новосибирск, 2019, с.166 (год публикации - 2019)

14. Фортова С.В., Шепелев В.В., Трошкин О.В., Козлов С.А. Numerical simulation of the hydrodynamic instabilities of Richtmyer-Meshkov and Rayleigh- Taylor Journal of Physics: Conf. Series, V. 899. – Paper No. 052007 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/899/5/052007

15. Ломоносов И.В., Фортова С.В. Широкодиапазонные полуэмпирические уравнения состояния вещества для численного моделирования высокоэнергетических процессов ТЕПЛОФИЗИКА ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР, том 55, выпуск 4, страницы 596–626 (год публикации - 2017)
10.7868/S0040364417040111

16. Фортова С.В., Уткин П.С., Наркунас Т.С., Шепелев В.В. Numerical simulation of the impact of high-speed metallic plates using two approaches Journal of Physics: Conference Series, V. 899. – Paper No. 052006 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/899/5/052006

Публикации