Компьютерная графика в компьтерном моделировании

Ясно, что в настоящее время на всех этапах разработки в той или иной мере используются ЭВМ и, следовательно, компьютерная графика. На этапе исследований важную роль, кроме натурных экспериментов, играет компьютерное моделирование работы изделия и/или его компонент. Рассмотрим в качестве примера задачи моделирования быстропротекающих процессов механики сплошной среды. К таким задачам относятся задачи сварки и упрочнения взрывом, задачи расчета синтеза алмазов взрывом, задачи расчета защиты космических аппаратов от метеоритов и микрометеоритов и т.д.

Следует отметить что реальный физический процесс развивается за единицы или десятки микросекунд, поэтому натурный эксперимент не только дорогостоящ, но и дает мало информации. Обычно это один или несколько рентгеновских снимков, прямые измерения, как правило, или затруднены, или датчики вносят заметные изменения в процесс.

В этой связи опыт специалистами в этой области набирается довольно долго - порядка десятка и более лет и зачастую носит интуитивный характер. Поэтому одна из важнейших функций компьютерного моделирования - быстрое получение опыта. Ведь по сути дела комплекс компьютерного моделирования при адекватности моделей, заложенных в него, представляет собой уникальную экспериментальную установку, на которой можно измерить (выдать на дисплей) любую величину, что угодно изменить, даже приостановить процесс для подробного анализа и пустить дальше. Попробуйте это сделать со взрывом!

Другая важная функция комплекса компьютерного моделирования, особенно при оснащении его средствами коллективного, управляемого просмотра машинных фильмов, показывающих процесс не отдельными картинками, а в динамике - унификация представлений о процессе у заинтересованных специалистов - исследователей, конструкторов, технологов, испытателей. Так как обычно, при использовании только числовой информации и без образного ее представления у разных специалистов формируются собственные представления (не обязательно у всех одинаковые и правильные).

В настоящее время широко используются двумерные задачи моделирования, когда важны две пространственных координаты. Это достаточно широкий круг реальных процессов, но в ряде случаев обязательно использование трехмерных задач, которые считаются много дольше. Основные проблемы, стоящие на пути широкого распространения трехмерных задач, состоят в том, что, во-первых, при существующих численных методах объем вычислений растет быстрее чем четвертая степень требуемой точности, во-вторых, визуализация результатов существенно усложняется и замедляется. В дальнейшем рассмотрении речь идет о двумерных задачах.

В качестве иллюстрации некоторых явлений, которые необходимо моделировать, на рис. 0.1.3 показан один из этапов решения осесимметричной задачи обжатия капсулы с газом с помощью взрыва.

Рис. 0.1.3: Обжатие капсулы с газом.

Рассчитываемая область разбивается сеткой с общим числом узлов до 1-2 тысячи. Количество независимых переменных, рассчитываемых для узла, от 8 до 12 (скорость вдоль осей X и Y, давление, плотность, температура и т.д.).