Моделирование систем, состоящих из большого числа частиц (метод молекулярной динамики)

СОДЕРЖАНИЕ

    • ВВЕДЕНИЕ
    • 1. Выбор оптимального числа процессоров и времени расчета
    • 1.1. Эффективность распараллеливания МД-задач
    • 1.2. Время расчета и выбор числа частиц
    • 2. Применение высокопроизводительных расчетов в физике
      пластичности и прочности
    • 2.1. Пластическое деформирование металлов
    • 2.2. Разрыв жидкости
    • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
    • СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Область применения суперкомпьютеров для расчетов методом классической молекулярной динамики (МД) определяется возможностью распараллеливания и развитием МД-моделей различных процессов. В настоящей работе исследовалась параллельная эффективность пакета LAMMPS [1] вплоть до 8 тысяч ядер и его применение для исследования процессов в конденсированных средах. В качестве примеров применения представлены результаты расчетов пластической деформации и разрушения.

Для распараллеливания классических МД-задач используются хорошо зарекомендовавшие себя алгоритмы декомпозиции по пространству. На сегодняшний день классические молекулярно-динамические программы позволяют рассматривать системы, состоящие из 1012 атомов [2]. Архитектура суперкомпьютеров накладывает свои ограничения на проведение крупномасштабных расчетов. На МВС-100К МСЦ РАН проведены тестовые расчеты с целью выработки набора рекомендаций для наиболее эффективного проведения расчетов и анализа данных для различных задач, решаемых методом классической МД, для описания которых требуется большое число частиц. Тесты включали в себя расчеты с 1 млрд. атомов и полной загрузкой суперкомпьютера. Определены границы максимального числа частиц и область эффективного использования.

В работе исследуются механизмы и скорости пластического деформирования и разрушения металлов и сплавов при высокоскоростном деформировании (106 с−1 и выше), имеющем место в ударно-волновых явлениях, при импульсном воздействии лазерного излучения или корпускулярных пучков. Изучение проводится на основе моделирования методом молекулярной динамики элементарных процессов, а именно: образование, движение и объединение дислокаций и других дефектов, обеспечивающих неупругое деформирование кристаллической решетки (пластичность), а также зарождение и рост полостей (разрушение) [3–5].

На примере актуальной задачи физики высокоскоростного разрушения проведен крупномасштабный расчет разрыва или вскипания растянутой жидкости. Для моделирования использовано 64 млн. атомов и загрузка около 3500 ядер суперкомпьютера МВС-100К. Приводится сопоставление с данными о динамической прочности и пластичности из ударно-волновых экспериментов (подробнее см. [6]).

Скачать файл