авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ИНСТ ИТУТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

(ИВТ СО РАН)

ИТОГОВЫЙ ОТЧЕТ

о научной

и научно-

организационной деятельности

в 2010 году

Новосибирск

2011

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ИНСТИТУТ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

(ИВТ СО РАН)

630090, Новосибирск, пр. Академика М.А.Лаврентьева, 6,

тел.: (383) 330-61-50, факс: (383) 330-63-42 e-mail: ict@ict.nsc.ru http://www.ict.nsc.ru/ Директор Института академик Юрий Иванович Шокин тел.: (383) 330-61-50, е-mail: ict@ict.nsc.ru Заместители директора по науке:

чл.-корр. РАН Анатолий Михайлович Федотов тел.: (383) 330-73-51, е-mail: fedotov@ict.nsc.ru д.ф.-м.н.

Михаил Петрович Федорук тел.: (383) 334-91-05, е-mail: mife@ict.nsc.ru Учный секретарь к.т.н.

Гуськов Андрей Евгеньевич тел.: (383) 330-87-85, е-mail: guskov@ict.nsc.ru СОДЕРЖАНИЕ Введение ……….………………………………………………………...… I. Важнейшие научные результаты 2010 года …………………………… II. Основные научные результаты по приоритетным направлениям фундаментальных исследований РАН …………………………………… III. Конкурсные проекты и гранты ………………………………………... IV. Научно-организационная деятельность ……………………………..... V. Список публикаций …………………………..…………………..……... Приложение. Справочные материалы ………….…………………..……... ВВЕДЕНИЕ Институт вычислительных технологий Сибирского отделения РАН (ИВТ СО РАН) создан в октябре 1990 года. С момента создания Институт возглавляет академик Ю.И. Шокин.

В 2007 году в соответствии с постановлением Президиума Российской академии наук от 18 декабря 2007 г. № 274 Институт переименован в Уч реждение Российской академии наук Институт вычислительных технологий Сибирского отделения РАН.

В соответствии с постановлением Президиума СО РАН № 250 от 01.08.97 г. за Институтом закреплены два научных направления:

разработка информационно-телекоммуникационных технологий в задачах принятия решений;

математическое моделирование и вычислительные технологии в области механики сплошной среды, энергетики, физики и экологии.

Институт представляет интересы Сибирского отделения РАН в облас ти информационно-телекоммуникационных технологий, осуществляет развитие и эксплуатацию внутренних и внешних каналов связи Сети передачи данных СО РАН.

Общая численность сотрудников Института на 25.12.2010 г. составила 94 человека, в том числе 58 научных сотрудников, из них один академик РАН, один член-корреспондент РАН, 20 докторов и 29 кандидатов наук. В 2010 году 29 человек проходили обучение на очном отделении аспиран туры Института. На 25.12.2010 г. в Институте работало 19 сотрудников с высшим образованием в возрасте до 33 лет, из них 14 – научные сотрудники.

В отчетном году фундаментальные научные исследования в ИВТ СО РАН проводились в соответствии с утвержденными Основными заданиями к плану НИР Института. Эти исследования получили существенную под держку в рамках 58 конкурсных проектов и грантов, среди которых один грант Президента РФ для поддержки ведущей научной школы академика Ю.И. Шокина, 22 гранта РФФИ, 16 интеграционных проектов СО РАН, проектов по программам Президиума и Отделений РАН и др.

Прикладные исследования велись по прямым хозяйственным договорам. Все задания 2010 года выполнены.

Сотрудниками Института в 2010 году опубликовано 274 работы, из них 5 монографий, 49 статей в центральной печати, 31 – в зарубежной, 39 – в сборниках трудов международных конференций, 4 учебных пособия.

Институтом успешно проведено семь научных мероприятий, из них четыре – международного уровня.

При Институте работает диссертационный совет ДМ 003.046.01, кото рый создан приказом Рособрнадзора от 16.11.2007 г. № 2249-1683 (продлен на новый срок приказом Рособрнадзора от 10.09.2009 г. № 1925-1627).

На базе Института работают кафедра математического моделирования НГУ (зав. кафедрой – профессор В.М. Ковеня) и кафедра вычислительных технологий НГТУ (зав. кафедрой – ак. Ю.И. Шокин). При Институте организован филиал кафедры прикладной математики и кибернетики СибГУТИ (зав. кафедрой – профессор Б.Я. Рябко).

В отчетном году на базе Института работали Научно координационный совет программы «Телекоммуникационные и мультимедийные ресурсы СО РАН», Совет программы «Информационные ресурсы СО РАН», Научно-координационный совет программы IV.31. «Новые ГИС и веб-технологии, включая методы искусственного интеллекта, для поддержки междисциплинарных научных исследований сложных природных, технических и социальных систем с учетом их взаимодействия» и Научно-координационный совет программ IV.29.1, IV.31.1, IV.32.1 СО РАН.

На базе Кемеровского государственного университета работают две неструктурные лаборатории, созданные Институтом совместно с КемГУ.

В Институте функционирует лаборатория вычислительного моделирования и информационных технологий, созданная совместно с Новосибирским государственным университетом экономики и управления.

При Институте работает созданный совместно с Центром высоко производительных вычислений (Штутгарт) Российско-германский центр вычислительных технологий и высокопроизводительных вычислений.

При Институте функционирует созданный совместно с ГПНТБ СО РАН Объединенный читальный зал по информатике и вычислительной математике.

Институт издает журнал «Вычислительные технологии», зареги стрированный Комитетом Российской Федерации по печати 5 июня года (рег. № 013787), который входит в Перечень ведущих периодических изданий ВАК.

Институт имеет научные контакты с институтами РАН;

зарубежными академиями наук (Казахстан, Узбекистан);

университетами (Бирмингем, Великобритания;

Тель-Авив, Хайфа, Израиль;

Мичиган, США;

Дармштадт, Фрайбург, Германия;

Савои, Франция);

исследовательскими организациями (НАТО, НАСА, США;

Центром высокопроизводительных вычислений, Германия;

Национальным центром научных исследований, Франция) и др.

В отчете представлено аннотированное изложение результатов, полученных при выполнении научно-исследовательских работ (разд. I, II);

перечислены проекты и гранты, выполнявшиеся сотрудниками в 2010 году (разд. III);

представлены сведения о научно-организационной деятельности Института (разд. IV);

приведен список публикаций сотрудников Института (разд. V);

в заключительном разделе размещены справочные материалы.

I. ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 2010 ГОДА Метод оптимизационного проектирования перспективных гидротурбин с улучшенными энергетическими и прочностными характеристиками Авторы научного результата:

С.Г. Черный, д.ф.-м.н., заведующий лабораторией;

Д.В. Банников, аспирант;

Д.В. Чирков, к.ф.-м.н., н.с.;

Д.В. Есипов, аспирант.

Аннотация Разработаны алгоритмы и программный инструментарий для решения за дачи оптимизационного проектирования проточного тракта гидротурбины, учитывающей требования по запасу прочности и достижения заданной за висимости КПД от режимов работы. Для определения энергетических ха рактеристик проточного тракта гидротурбины создана экономичная ком бинированная методика определения гидродинамических потерь энергии на основе моделирования пространственных турбулентных течений и ин женерных полуэмпирических подходов.

Адаптация предложенных алгоритмов для работы на суперкомпью терных системах позволила решить задачи оптимизационного проектиро вания по критериям «эффективность-прочность» рабочих колес Саяно Шушенской и Богучанской ГЭС и в десятки раз сократить время получе ния результатов.

s max s c / a Прототип Opt Рис. I.1. Распределение эквивалентных напряжений по рабочей стороне лопасти прототипа рабочего колеса Богучанской ГЭС Важнейшие публикации 1. Банников Д.В., Черный С.Г., Чирков Д.В., Скороспелов В.А., Турук П.А.

Оптимизационное проектирование формы проточной части гидротур бины и анализ течения в ней // Вычислительные технологии. – 2010. – Т. 15. – № 5. – С. 73-94.

2. Банников Д.В., Есипов Д.В., Черный С.Г., Чирков Д.В. Оптимизационное проектирование ротора гидротурбины по критериям эффективность прочность // Теплофизика и аэромеханика. – 2010. – Т. 17. – № 4. [при нято к печати].

3. Черный С.Г., Чирков Д.В., Лапин В.Н., Ешкунова И.Ф., Банников Д.В., Авдюшенко А.Ю., Скороспелов В.А., Турук П.А. Численное моделирова ние нестационарных пространственных течений в каналах решеток гид ротурбин // Матер. VIII Межд. конф. по неравновесным процессам в со плах и струях (NPNJ’2010) (Алушта, Украина, 25-31 мая 2010). – М.:

Изд-во МАИ-ПРИНТ. – 2010. – С. 72-75.

Создание центра обработки данных спутникового мониторинга Авторы научного результата:

Ю.И. Шокин, академик, директор;

Н.Н. Добрецов, к.г.-м.н., заведующий лабораторией;

Д.Л. Чубаров, заведующий сектором;

А.А. Фомин, заведующий сектором;

В.В. Смирнов, инженер-исследователь;

А.Н. Гавенко, главный специалист.

Аннотация На базе информационно-вычислительных ресурсов ИВТ СО РАН и инфра структуры Западно-Сибирского регионального центра приема и обработки данных (ЗапСибРЦПОД) развернут комплекс по приему и обработке опе ративных и природно-ресурсных спутниковых данных. Создана автомати зированная распределенная система структурного восстановления этих данных, работающая в режиме реального времени.

Выполнены работы по проектированию, созданию и запуску в экс плуатацию технологических решений, направленных на обеспечение бес перебойного функционирования комплекса обработки данных. Построен специализированный вычислительный сегмент сети с пропускной способ ностью 1 Гб/сек, предназначенный для обеспечения функционирования высоконагруженного вычислительного комплекса обработки спутниковых данных. На территории выносного комплекса ЗапСибРЦПОД установлены оборудование климат-контроля;

«пограничный» маршрутизатор, обеспе чивающий телекоммуникационное взаимодействие между сетевыми сег ментами Центра обработки и локальной вычислительной сетью ЗапСиб РЦПОД. Реструктуризовано и оптимизировано использование дискового пространства комплекса.

Рис. I.2. Схема программного комплекса структурного восстановления данных оперативного спутникового мониторинга Прототип унифицированного центра доступа к распределенным информационным ресурсам Авторы научного результата:

А.М. Федотов, чл.-к. РАН, зам. директора;

О.Л. Жижимов, д.т.н., заведующий лабораторией.

Аннотация Создан действующий прототип унифицированного центра доступа к рас пределенным информационным ресурсам, функционирующего в соответ ствии с международными и российскими стандартами и рекомендациями, интегрирующего на основе технологий WWW, LDAP, Z39.50, XML/SOAP/SRW разнородные информационные ресурсы.

При создании прототипа была разработана концептуальная модель интеграции информационных ресурсов географических и «негеографиче ских» информационных систем на основе реализации сквозного поиска информации по географическим атрибутам, включающим геометрические объекты.

Sun Java System ZooPARK Directory Server v.5. v.7. PostgreSQL v.8. GeoNetwork DSpace (модернизированная) v.2.4. v.1.6. Apache Tomcat v.6. Рис. I.3. Структурная схема прототипа унифицированного центра доступа к распределенным информационным ресурсам Важнейшие публикации 1. Жижимов О.Л., Мазов Н.А. О стандартизации доступа к коллекциям академических естественно-научных музеев // Матер. Междунар. конф.

«Актуальные вопросы деятельности академических естественно-науч ных музеев» (Листвянка, Иркутская область, Россия, 3-7 февраля 2010). – Новосибирск: Академ. изд-во "Гео". – 2010. – С. 245-246.

2. Жижимов О.Л., Мазов Н.А., Федотов А.М. О некоторых отличиях элек тронных библиотек от хранилищ цифрового контента традиционных библиотек // Матер. XVII Междунар. конф. «Библиотеки и информаци онные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса», Крым-2010 (Судак, Украина, 5-13 июня 2010). – М.: ГПНТБ России. – № гос. регистрации 0321000673. – 2010. – 6 с.

3. Жижимов О.Л., Мазов Н.А. О стандартизации сетевого доступа к ресур сам по культурному наследию: состояние и перспективы // Библиотека как центр сохранения, развития и продвижения культурных ценностей:

Материалы межрегиональной научно-практической конференции (г. Новосибирск, 9-12 ноября 2009). – Новосибирск: Изд-во НГОНБ. – 2010. – С. 134-145.

4. Жижимов О.Л., Мазов Н.А. Проблемы географической привязки цифро вых объектов в электронных библиотеках // Труды XII Всеросс. конф.

«Электронные библиотеки: перспективные методы и технологии, элек тронные коллекции» (RCDL’2010) (г. Казань, 13-17 октября 2010). – Ка зань. – 2010. – С. 207-214.

5. Жижимов О.Л., Мазов Н.А., Федотов А.М. Некоторые заметки об эво люции цифровых репозитариев традиционных библиотек к полно функциональным электронным библиотекам // Вестник Владивосток ского государственного университета экономики и сервиса. Территория новых возможностей. – 2010. – Т. 3. – № 7. – С. 55-63.

Математическое моделирование процессов взаимодействия лазерных фемтосекундных импульсов с плазмой на основе численного решения системы уравнений Власова-Максвелла Авторы научного результата:

Г.И. Дудникова, д.ф.-м.н., г.н.с.;

Т.В. Лисейкина, к.ф.-м.н., с.н.с.

Аннотация Проведено моделирование процесса взаимодействия лазерного излучения с тонкой фольгой, состоящей из электронов и разного сорта ионов;

рас смотрены режимы радиационного ускорения и развития неустойчивости Релей-Тейлора для различных значений амплитуды лазерного импульса, его поляризации, плотности и состава фольги. Серия расчетов позволила найти режимы оптимальных значений указанных параметров для умень шения разброса в энергетическом спектре ускоренных ионов. Полученные оценки могут быть использованы при проведении экспериментов по уско рению ионов в лазерной плазме. Получена зависимость энергии ускорен ных протонов и степени моноэнергетичности протонного пучка от интен сивности лазерного импульса. Исследовано влияние краевых эффектов ко нечного поперечного размера фольги на спектральные энергетические ха рактеристики генерируемых ионных пучков. Показано, что боковой разлет фольги уменьшает долю протонов в моноэнергетическом пике и приводит к уширению функции распределения.

Важнейшие публикации 1. Liseykina T.V., Pirner S., Bauer D. Relativistic Attosecond Electron Bunches from Laser-Illuminated Droplets // Physical Review Letters. – 2010. – No 104. – P. 095002.

2. Macchi A., Veghini A., Liseykina T.V., Pegoraro F. Radiation Pressure Acce leration of Ultrathin Foils // New Journal of Physics. – 2010. – No 12. – P. 045013.

3. Liseykina T.V., Romagnani L., Bigongiari A., et al. Observation of magne tized soliton remnants in the wake of intense laser pulse propagation through plasmas // Physical Review Letters. – 2010. – No 105. – P. 175002.

Рис. I.4. Изолинии плотностей электронной и ионной(С4+) компонент плазмы в последовательные моменты времени Информационная система «Конференции»

Авторы научного результата:

А.Е. Гуськов, к.т.н., учный секретарь;

А.В. Васильков, магистрант НГУ;

С.А. Шабельников, магистрант НГУ.

Аннотация Разработаны взаимно согласованные информационная модель научной конференции, модель управления е документооборотом, модель управле ния и публикации содержимого веб-сайта конференции, а также модель управления доступом. Новизна полученных результатов заключается в возможности автоматизации большинства рутинных процессов проведения конференций и адаптивности построенных моделей под специфические вариации требований, что значительно расширяет сферу их применения.

На основе предложенных моделей была создана информационная сис тема «Конференции» для автоматизации деятельности организаторов кон ференций и повышения качества их информационного сопровождения. В 2010 году система использовалась при проведении 15 конференций в 7 ор ганизациях СО РАН.

Рис. I.5. Примеры веб-сайтов конференций Разработан интегрированный каталог мероприятий, который пополня ется путм автоматического сканирования других каталогов и отобража ется на информационном сервере СО РАН (http://conf.nsc.ru).

Рис. I.6. Главная страница каталога мероприятий Важнейшие публикации 1. Гуськов А.Е., Васильков А.В. Средства поддержки проведения научных конференций: обзор и сравнение // Вестник НГУ. Сер.: Информацион ные технологии. – 2010. – Т. 8. – Вып: 4. – С. 35-45.

2. Гуськов А.Е. О задачах создания систем для поддержки проведения на учных конференций // Электронные библиотеки: перспективные мето ды и технологии, электронные коллекции: Труды XII Всероссийской научной конференции RCDL’2010;

Казань, Россия, 13-17 октября 2010.

– Казань: Казан. ун-т, 2010. С. 247-253.

3. Гуськов А.Е., Васильков А.В. Программа для комплексной поддержки проведения научных конференций // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617628 от 17.11.2010 г. (Фе деральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и то варным знакам).

4. Гуськов А.Е., Шабельников С.А. Программа для автоматизированного сбора и публикации информации о научных событиях в web пространстве // Свидетельство о государственной регистрации про граммы для ЭВМ № 2010617627 от 17.11.2010 г. (Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам).

II. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ПРИОРИТЕТНЫМ НАПРАВЛЕНИЯМ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН Проект IV.29.1.1. Математическое моделирование в задачах анализа, проектирования и оптимизации технических систем и технологических процессов № гос. регистрации Научный руководитель: д.ф.-м.н. С.К. Голушко Разработка новых экономичных численных методов решения много мерных задач аэрогидродинамики в приближении уравнений Эйлера, Навье–Стокса и Рейнольдса сжимаемого газа и несжимаемой жидко сти, в том числе с учетом турбулентности, кавитации и нестацио нарности Предложено обобщение численного алгоритма решения уравнений Навье– Стокса сжимаемого теплопроводного газа на уравнения в цилиндрических координатах. Указанный алгоритм основан на схеме предиктор-корректор со специальным расщеплением операторов на этапе предиктора. Это по зволяет находить решение как стационарных, так и нестационарных задач при сохранении свойств безусловной устойчивости и консервативности схемы.

Для численного решения уравнений Навье–Стокса вязкой несжимае мой жидкости в произвольных криволинейных координатах предложено обобщение разработанной ранее разностной схемы второго порядка ап проксимации, основанной на расщеплении исходных уравнений по физи ческим процессам и пространственным переменным, на трехмерный слу чай. Созданный алгоритм позволяет свести решение системы уравнений к решению отдельных уравнений, что позволяет распараллелить алгоритм и использовать его при решении задач на многопроцессорных системах (д.ф.-м.н. В.М. Ковеня, аспирант А.Ю. Слюняев).

Моделирование двумерных сверхзвуковых течений в каналах, выявление основных закономерностей течений для различных конфигураций Исследованы параметры течений и получены основные закономерности сверхзвуковых течений вязкого газа в канале при вдуве газа с части по верхности при различных числах Маха и Рейнольдса. Изменение парамет ров набегающего потока приводит к значительной перестройке течения внутри канала, возникновению локальных отрывных зон и других особен ностей течения. В качестве примера на рис. II.1 приведены поля скоростей и распределение давления в канале в зависимости от чисел Маха набегаю щего потока (д.ф.-м.н. В.М. Ковеня, аспирант А.Ю. Слюняев).

M 1. M 2. M 2. Re Поле скорости Изолинии давления Рис. II.1. Структура течения газа в канале при различных значениях числа Маха Построение высокоточных схем с улучшенными свойствами устойчи вости для моделирования автоколебательных течений сжимаемого газа с переходными режимами Численно подтверждено предположение о том, что генерация автоколеба ний в газовых течениях может происходить при взаимодействии возмуще ний, порождаемых контактным разрывом в результате неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, с течением в окрестности точек пересечения двух ударных волн или ударной волны и контактного разрыва. Математическое моделирование автоколебаний в газовых течениях подтвердило наличие нестационарных режимов (д.ф.-м.н. В.И. Пинчуков).

Исследование вырождения турбулентности в локализованной области турбулентных возмущений при взаимодействии с фоновыми волно выми и сдвиговыми течениям и вертикального турбулентного переме шивания жидкости в области, охваченной турбулентными возмуще ниями Разработаны новые численные модели динамики плоских локальных воз мущений в пикноклине, основанные на алгебраической и дифференциаль ной моделях напряжений Рейнольдса, в том числе на ортогональных адап тивных сетках. Выполнено численное моделирование эволюции ламинар ных и турбулентных локальных возмущений в условиях, когда волновая картина течения характеризуется возникновением уединенных волн (рис. II.2). Полученные численные модели впервые позволили исследовать характеристики течения в пикноклине на временах, сопоставимых со вре менем вырождения турбулентности в области смешения. Показано, что степень анизотропии нормальных напряжений слабо зависит от вида стра тификации среды. При этом окончание взаимодействия турбулентности и внутренних волн, генерируемых областью турбулентного смешения, на блюдается, когда суммарная энергия турбулентности вырождается практи чески на три порядка, и волны находятся вне зоны турбулентного смеше ния (д.ф.-м.н. Г.Г. Черных, д.ф.-м.н. О.Ф. Воропаева).

1/ Рис. II.2. Изменение интенсивностей флуктуаций поля скорости ui ui2 (t, 0, 0) / U0 в центре турбулентного пятна в случае линейной стратификации (а) и пикноклина (б):

сплошные линии – дифференциальная модель напряжений Рейнольдса, штриховые – алгебраическая модель напряжений Рейнольдса Построение геометрической реализации метрического тензорного по ля для однородного изотропного турбулентного потока Построена новая геометрическая реализация изотропной турбулентности, основанная на двухточечном корреляционном тензоре турбулентных флуктуаций компонент скорости. Показано, что корреляционный тензор генерирует семейство псевдоримановых метрик. Это позволяет спе цифицировать индивидуальный Эйлеров объм жидкости в статистиче ском смысле. Вводится в рассмотрение ряд геометрических конструкций, основанных на статистических свойствах турбулентного течения (д.ф.-м.н.

В.Н. Гребенев).

Разработка параллельных численных алгоритмов в вычислительной гидродинамике турбомашин Предложены два параллельных алгоритма для решения задачи автоматиче ского оптимизационного проектирования элементов турбомашин. Первым способом ускорения вычислений является их распараллеливание при ре шении уравнений движения жидкости. Для этого способа сделаны оценки ускорения вычислений на основе закона Амдала и показано, что теорети чески возможное ускорение сильно зависит от доли времени программ, ко торые не поддаются распараллеливанию. Вторым способом использования многопроцессорных систем является распараллеливание оптимизацион ного алгоритма. Рассмотрен способ параллельной реализации генетиче ского оптимизационного алгоритма, построенный по принципу «главный подчиннный». При такой реализации параллельного алгоритма пересыла ется минимальный объм информации между процессорами, а время ре шения задач оптимизационного проектирования в вычислительной гидро динамике турбомашин сокращается более чем в 40 раз при использовании 60 процессоров. Предложены постановки и методы решения задач числен ного моделирования пространственных течений в турбомашинах (рис. II.3). Для расчта потока строится многосвязная блочно-структуриро ванная сетка, покрывающая весь проточный тракт турбомашины. На каж дой итерации расчт проводится во всех блоках с последующим обменом данных между соседними блоками. Время расчета периодически неста ционарного течения с использованием сетки, содержащей 1 млн. узлов, требует 10 дней работы процессора Core2Duo 2.6 ГГц. Был предложен па раллельный алгоритм на основе распределения блоков расчетной сетки на процессоры кластера. Исследовано ускорение счета на различных класте рах на примере расчета нестационарного течения в турбине ГЭС Плата новрисси (Греция). Использование систем с распределенной памятью по зволяет проводить расчеты с использованием подробных сеток, не доступных при использовании однопроцессорных систем, при этом полу чено ускорение вычислений в 8 раз при использовании 9 процессоров (д.ф.-м.н. С.Г. Черный, Д.В. Банников).

s max s c / a Прототип Opt Рис. II.3. Распределение интенсивностей напряжений в прототипе и оптимизированной лопатке Разработка эффективного метода решения объединенной системы сильно нелинейных систем уравнений, возникающей при одновремен ном решении задачи «гидродинамика–прочность»

Разработан эффективный метод решения объединенной системы сильно нелинейных систем уравнений, возникающей при решении связанной за дачи «гидродинамика–прочность». Одной из таких задач, рассмотренной в 2010 году, является процесс гидроразрыва пласта (рис. II.4).

Рис. II.4. Схематичное изображение плоской двумерной трещины В модели гидроразрыва пласта совместно решаются задачи течения жидкости внутри трещины гидроразрыва, деформации породы, распро странения трещины и выбора направления ее распространения. Течение жидкости описывается одномерными нестационарными дифференциаль ными уравнениями неньютоновской жидкости;

напряженно-деформиро ванное состояние породы – двумерными уравнениями статического равно весия, записанными в интегральной форме;

критерии распространения и выбора направления – соотношениями на коэффициенты интенсивности напряжений КI, KII.

Следует отметить, что предложенная формулировка задачи «гидроди намика-прочность» позволяет рассматривать как различные модели упру гости и течения жидкости, так и разнообразные геометрические конфигу рации. При этом размер расчетной сетки, определяющий размерность за дачи, составлял порядка 100-200 элементов, обеспечивающих достижение достаточной точности решения.

Рис. II.5. Траектории трещины при Рис. II.6. Траектории трещины при различных различных вязкостях соотношениях напряжений в породе закачиваемой жидкости Модель гидроразрыва пласта, включающая разработанный метод ре шения системы «гидродинамика-прочность» была использована для ис следования влияния параметров гидроразрыва на траекторию трещины, ее ширину, давление в скважине и т.д. На рис. II.5 показаны траектории тре щин, полученные при различных вязкостях закачиваемой в трещину жид кости и напряжениях залегания xx = 103.5 МПа, yy = 69 МПа, различным кривым соответствуют = 0.01 Па·с (1), = 10 Па·с (2), = 100 Па·с (3).

На рис. II.6 показаны траектории трещины при различных соотношениях напряжений в породе k = xx / yy. На рис. II.7 показаны распределения на пряжений в окрестности трещины и ее оконечности (д.ф.-м.н. С.Г. Черный, к.ф.-м.н. В.Н. Лапин, к.ф.-м.н. Д.В. Чирков, аспирант Д.В. Есипов).

Рис. II.7. Распределение напряжений в окрестности трещины и ее оконечности Разработка и реализация новых алгоритмов и вычислительных моду лей для решения нелинейных задач механики композитных пластин и оболочек Созданы алгоритмы автоматического обеспечения устойчивости и точно сти решения для метода дискретной ортогонализации. Реализован ком плекс программ, эффективность которого исследована на расчетах напря жнно-деформированного состояния круглых слоистых пластин в рамках теории, учитывающей деформации поперечного сдвига.

Созданы программные модули, реализующие расчет матриц жестко сти и податливости материала различных моделей композитов, вычисле ние коэффициентов систем уравнений задач расчета осесимметричного напряженно-деформированного состояния на основе теории Кирхгофа– Лява и теории Тимошенко в линейном и квадратичном приближениях, а также для тонких пластин и оболочек на основе теории Андреева–Неми ровского. Для последнего варианта реализован модифицированный вычис лительный алгоритм решения проблемы плохой обусловленности матриц системы, основанный на методе функционального нормирования.

С использованием созданных программ решен ряд актуальных задач анализа напряженно-деформированного состояния композитных пластин и оболочек, исследованы особенности применения различных моделей. На рис. II.8 приведены интенсивности напряжений в трехслойной круглой пластине с отверстием, жестко защемленной на контурах и нагруженной равномерным давлением. Результаты получены в рамках трехмерной тео рии упругости (МКЭ, ANSYS ™), теорий пластин Кирхгофа–Лява и Анд реева–Немировского (д.ф.-м.н. С.К. Голушко, к.ф.-м.н. А.В. Юрченко, ас пиранты К.С. Голушко, И.А. Филиппова).

Рис. II.8. Сравнение результатов расчетов трехслойной круглой пластины с отверстием по трехмерной теории упругости (серая поверхность, черные кривые), теориям пластин Кирхгофа-Лява (красные) и Андреева-Немировского (зеленые) Разработка методов оценивания допускового множества решений для интервальных линейных систем со связанными коэффициентами, ме тодов дробления параметров для оценивания объединнных множеств решений ИСЛАУ со связями, возникающими в задачах конструкцион ной механики Разработан новый подход к поиску наибольшего по размерам бруса с за данными пропорциями, решающего интервальную линейную задачу о до пусках. Построенный метод основан на сведении исходной задачи к безус ловной минимизации выпуклой кусочно-линейной функции и одновре менно проверяет разрешимость задачи о допусках. Для решения интер вальных линейных систем уравнений со связанными коэффициентами, возникающих в задачах проектирования ферменных конструкций, разра ботан, реализован и протестирован простейший вариант метода дробления параметров, позволяющий учесть взаимозависимость различных элементов в матрице системы, получаемой при моделировании методом конечных элементов (д.ф.-м.н. С.П. Шарый, н.с. И.А. Шарая).

Разработка численного алгоритма моделирования высокочастотного разряда в гидродинамическом приближении и отработка на тестовых задачах.

Исследование линейной устойчивости свободных сдвиговых течений в рамках уравнений двухтемпературной газовой динамики В целях исследования влияния неоднородности структуры высокочастот ного разряда на скорость и однородность травления образцов в плазмохи мическом реакторе разработан численный алгоритм моделирования ВЧ разряда в гидродинамическом приближении, включающий решение урав нений переноса для электронной и ионной компонент, уравнения Пуассона для потенциала пространственных зарядов, а также уравнения энергетиче ского баланса для электронов. Для решения уравнений переноса и уравне ния электронной энергии реализованы численные алгоритмы на основе не явной схемы Шарфеттера-Гуммеля. Выполнено численное моделирование ВЧ-разряда в двумерной постановке для реактора радиальной схемы (рис. II.9).

Рис. II.9. Распределение концентрации электронов в ВЧ-разряде в реакторе радиальной схемы Аналитически и численно исследована линейная устойчивость сдви говых течений колебательно возбужднного сжимаемого молекулярного газа, в котором релаксация колебательных мод описывается уравнением Ландау-Теллера. На основе энергетических интегралов линеаризованной системы для возмущений получены необходимые и достаточные условия устойчивости невязкого свободного сдвигового течения, в верхней ком плексной полуплоскости выделена область значений фазовых скоростей неустойчивых возмущений, что обобщает аналогичные результаты для идеального сжимаемого газа. Для плоско-параллельного потока с точкой перегиба на профиле выполнены численные расчеты собственных значе ний и собственных функций неустойчивых невязких мод. Проанализиро вана их зависимость от числа Маха и характерного времени релаксации, найдены наиболее неустойчивые моды (д.ф.-м.н. Ю.Н. Григорьев, к.ф.-м.н.

А.Г. Горобчук).

Проект IV.31.1.1. Теоретические и прикладные аспекты создания интегрированных телекоммуникационных и информационно вычислительных систем и сетей, в том числе на основе технологий GRID № гос. регистрации Научный руководитель: чл.-к. РАН А.М. Федотов Разработка модели интеграции географических и негеографических информационных систем Создана концептуальная модель интеграции информационных ресурсов географических и «негеографических» информационных систем посредст вом сквозного поиска информации по географическим атрибутам, вклю чающим геометрические объекты. Модель реализована на основе инфор мационной системы DSpace и программного обеспечения ZooPARK (рис. II.10), поисковые запросы формулируются в терминах CIP (для гео графической информации) или Z39.50 (д.т.н. О.Л. Жижимов, к.т.н. Н.А.

Мазов).

Опытная эксплуатация корпоративного глобального каталога СО РАН Введена в опытную эксплуатацию система аутентификации на основе гло бального корпоративного каталога СО РАН c применением технологий LDAP. Построенная система аутентификации используется при предостав лении доступа к информационным ресурсам по спутниковым данным, к электронной библиотеке на основе модернизированной системы DSpace, к библиографическим информационным ресурсам через шлюз Z39.50-WWW и другим ресурсам (д.т.н. О.Л. Жижимов, чл.-к. РАН А.М. Федотов, к.ф.-м.н. В.Б. Барахнин, инж.-иссл. И.В. Шабальников, инж.-иссл.

В.В. Смирнов).

Разработка модели центра хранения данных для компьютерного ана лиза и моделирования тематических систем Создана модель центра хранения данных для компьютерного анализа и моделированию тематических систем. Разработана модель типового ло кального центра сбора и хранения данных для обеспечения надежности хранения экспериментальных данных, полученных с помощью высокотех нологичных экспериментальных методик в ЦКП «ГЕНОМИКА и ПРОТЕ ОМИКА», и организация доступа к высокопроизводительным вы числительным ресурсам (чл.-к. РАН А.М. Федотов, д.т.н. О.Л. Жижимов, к.ф.-м.н. Ю.И. Молородов, зав. сек. А.А. Фомин).

Рис. II.10. Интерфейсы модернизированного ПО DSpace для ввода и редактирования географической информации Анализ представления информации о деятельности коллективов (ор ганизаций) в российском секторе сети Интернет Проведен анализ представления информации о деятельности коллективов (организаций) в российском секторе сети Интернет. Рассмотрена общая модель описания деятельности организации и проведн сравнительный анализ информационных моделей описания различных сфер деятельности, на основе которого были определены особенности информационной мо дели описания деятельности научного сообщества. Проведн обзор веб сайтов российских институтов и печатных изданий в области математики, информационных технологий и нанотехнологий. Получена статистика представления информации о взаимодействии организаций СО РАН, включая данные по отдельным научным центрам и направлениям научной деятельности (к.ф.-м.н. О.А. Клименко, аспирант И.С. Петров).

Разработка информационной системы «Конференции»

Разработана информационная система «Конференции» для автоматизации деятельности организаторов конференций и повышения качества их ин формационного сопровождения.

Система содержит настраиваемые модули управления документообо ротом конференции (заявки, рецензии, уведомления) и обеспечивает реше ние следующих задач:

управление web-сайтом конференции: выбор оформления, подготовка содержимого, настройка прав доступа (рис. II.11);

регистрация заявок участников с возможностью определения дополни тельных полей регистрационной анкеты;

заполнение второй формы участника;

настраиваемая автоматическая проверка заявок;

регистрация докладов, включая тезисы, файлы полных текстов и пре зентации;

рецензирование и отбор докладов;

e-mail рассылки и уведомления по заданному списку адресов или заре гистрированным участникам;

подготовка программы конференции;

формирование отчтов в формате Excel, HTML, PDF;

автоматическая публикация материалов конференции на сайте: список участников, список докладов, программа конференции.

Рис. II.11. Примеры веб-сайтов конференций Предложенные проектные решения и модели представления инфор мации позволяют настраивать возможности системы под различные по требности, что было подтверждено на опыте 15 конференций, проведн ных в 7 организациях СО РАН в 2010 году (к.т.н. А.Е. Гуськов, А.В. Ва сильков).

Разработка интегрированного каталога научных мероприятий Разработан интегрированный каталог научных мероприятий: конференций, семинаров, симпозиумов, конкурсов. Каталог пополняется путм автома тического сканирования других каталогов, извлечения из них структури рованной информации, е обработки и занесения в базу данных. При обра ботке информации о мероприятиях автоматически осуществляется их классификация по тематике и виду, определение места проведения, поиск и устранение записей-дубликатов.

Данные каталога отображаются на информационном сервере СО РАН (http://conf.nsc.ru) и снабжены функцями многокритериального поиска (рис. II.12). В 2010 году в каталог добавлено более 1000 записей о меро приятиях в России и странах СНГ (к.т.н. А.Е. Гуськов, С.А. Шабельников).

Рис. II.12. Главная страница каталога мероприятий Разработка профиля описания музейной информации и прототипа каталога музейных экспонатов Создан профиль описания информационных ресурсов музеев в рамках унифицированного центра доступа к распределенным информационным ресурсам. Создан прототип системы (рис. II.13), проведена его опытная эксплуатация на базе мемориального музейного центра им. Ю.В. Кондра тюка (г. Новосибирск). Доступ к прототипу каталога музейных экспонатов обеспечивается через web-интерфейс ПО DSpace и через интерфейсы ПО ZooPARK по протоколам Z39.50, http/xml/soap/srw и http/sru (д.т.н. О.Л.

Жижимов, к.т.н. Н.А. Мазов).

Рис. II.13. Использование системы DSpace для описания экспонатов из мемориального музейного центра им. Ю.В. Кондратюка Аналитический обзор проблем автоматизации информационного поиска Проведен аналитический обзор по проблематике автоматизации информа ционного поиска. Основной акцент сделан на исследование принципов ра боты современных информационно-поисковых систем, примы построения поисковых предписаний и основные подходы к оценке эффективности по иска. Особое внимание уделено поиску документов «по аналогии»: прове дено неформальное обсуждение понятий «аналогии» и «сходства», а также исследована возможность формализации процедуры поиска «по аналогии».

Эта процедура состоит, во-первых, в выделении основных составных час тей, присущих данному типу объектов, во-вторых, в задании соответст вующих шкал, содержащих множества возможных характеристик каждой из частей, в-третьих, в задании той или иной меры близости между объек тами, и, наконец, в-четвертых, в выборе алгоритма принятия решения о сходстве объектов на основании вычисленных мер близости (к.ф.-м.н. В.Б.

Барахнин, чл.-к. РАН А.М. Федотов).

Проект IV.31.2.1. Геоинформационное и математическое моделирование сложных природных, технических и социальных систем № гос. регистрации 01201061308.

Научный руководитель: д.ф.-м.н. Л.Б. Чубаров Разработка методов и алгоритмов совместного анализа спутниковых и наземных данных на основе логико-вероятностных и непараметриче ских моделей В рамках логико-вероятностного и непараметрического подходов предло жен метод построения ансамблей непараметрических алгоритмов для сег ментации многоспектральных изображений (рис. II.14);

дано его теорети ческое обоснование. В соответствии с предложенным методом созданы два плотностных (на основе гистограммной оценки и непараметрических оце нок Розенблатта–Парзена) алгоритма кластеризации изображений, не тре бующие априорных сведений о количестве классов и их вероятностных характеристиках. На основе созданных алгоритмов разработан программ ный инструментарий для обработки спутниковых данных. Разработан ме тод обнаружения на временных рядах логических закономерностей и по строения на их основе логической решающей функции распознавания (к.ф.-м.н. И.А. Пестунов, н.с. Ю.Н. Синявский, аспиранты Д.И. Добротворский, Е.А. Куликова, студенты П.В. Мельников, С.А. Рылов).

Рис. II.14. Применение метода сегментации:

а – исходное изображение;

б – элементы ансамбля;

в – результат Разработка технологии интеграции модулей обработки пространст венных данных в виде веб-сервисов На базе вычислительных ресурсов ИВТ СО РАН разработан и запущен в эксплуатацию сервис, предоставляющий доступ к картографическим дан ным по протоколам WMS. Предоставление алгоритмов обработки в виде веб-сервисов позволит пользователям получить доступ к их распреде ленному хранилищу. Такая схема позволяет значительно упростить вне дрение передовых технологий.

Разработана технология интеграции алгоритмов обработки про странственных данных в создаваемую в ИВТ СО РАН сервис-ориентиро ванную геоинформационную систему, на основе которой была реализована подсистема сервисов (рис. II.15).

В виде WPS-процессов опубликован набор эффективных непарамет рических алгоритмов, которые позволяют решать широкий круг задач, свя занных с распознаванием образов и анализом многоспектральных спутни ковых данных (к.ф.-м.н. И.А. Пестунов, н.с. Ю.Н. Синявский, инж.-иссл.

В.В. Смирнов, аспиранты Д.И. Добротворский, Е.А. Куликова, студенты П.В. Мельников, С.А. Рылов).

Рис. II.15. Структурная схема системы сервисов для работы с пространственными данными Исследования в области теоретических основ защиты информации (стеганография и криптография) Построен метод кодирования (нумерации) последовательностей с ограни чениями на длины серий повторяющихся символов. Скорость кодирования и декодирования указанного метода экспоненциально выше, чем у ранее известных. Построена математическая модель, позволяющая теоретически оценить вычислительную способность компьютеров и им подобных уст ройств.

Разработан метод внедрения информации в растровые изображения, основанный на перестановках близких по значению пикселей. Показана стойкость данного внедрения по отношению к RS-анализу. Разработан но вый метод стегоанализа для обнаружения скрытой информации в растро вых изображениях, базирующийся на алгоритмах сжатия данных.

Разработана информационная система, облегчающая поиск сущест вующих атак на различные блочные шифры. Эта система позволяет хра нить такую информацию об атаках как количество атакованных раундов, сложность атаки, ее тип, ссылку на публикацию, ее авторов и др. Разрабо танная информационная система доступна по Интернет-ссылке http://www.crypt.byethost22.com/. Проведен расчет сложности дифференци альной атаки на блочные шифры при их различных параметрах. Разрабо тан новый статистический тест для проверки генераторов псевдослучай ных чисел. Показано, что новый тест может находить отклонения от слу чайности более эффективно, чем ранее известные тесты.

Предложена дифференциальная атака на 48-раундовый шифр CAST 256, который участвовал в конкурсе Advanced Encryption Standard (AES).

Атака позволяет найти подключи у шифра CAST-256, сокращенного до 24 раундов. Лучшая атака из известных на данный момент позволяет ата ковать этот шифр до 36 раундов, но только для некоторого класса слабых ключей. В частности 24-раундовая версия шифра может быть атакована для 2-30 части ключей. Предложенная же атака работает для всех ключей.

Предложена новая атака на блочный шифр RC6. Экспериментально показано, что новая атака существенно эффективней, чем ранее известные атаки на данный шифр (д.т.н. Б.Я. Рябко, д.т.н. А.Н. Фионов, к.ф.-м.н.

В.А. Монарев, м.н.с. А.И. Пестунов).

Исследование методов усвоения данных наблюдений для мониторинга состояния окружающей среды Предложен субоптимальный ансамблевый алгоритм усвоения данных, в котором операции проводятся с матрицами размерности порядка размера ансамбля (ансамблевый -алгоритм), при этом формулы алгоритма отли чаются от популярного в мире в настоящее время алгоритма LETKF.

Предложено моделирование «ошибок оценивания», при котором алгоритм становится более близким к классическому обобщенному фильтру Калма на (д.ф.-м.н. Е.Г. Климова).

Восстановление картины распространения газовых составляющих от массовых лесных пожаров Для расчета распространения газовых составляющих от лесных пожаров для заданного региона применен ансамблевых подход. Ансамбль прогно зов полей ветра и температуры рассчитывался по модели WRF для Сибир ского региона на сетке 18 км (рис. II.16). Использование ансамбля прогно стических полей позволило учесть изменчивость метеорологических полей при построении обратных траекторий (д.ф.-м.н. Е.Г. Климова, к.ф.-м.н.

О.А. Дубровская).

Рис. II.16. Ансамбли обратных траекторий, восстановленные с использованием прогностических полей по модели WRF. В выделенном регионе показано распределение поля температур, рассчитанное по модели WRF. Красными точками отмечено местоположение пожаров в период с 18 по 22 июля 2006 г.

Оценка ошибок прогноза модели WRF на основе ансамблевого подхода Для оценки свойств ошибок прогноза проведен расчет ансамбля прогнозов по модели WRF в заданном регионе Сибири. Проведенные эксперименты по моделированию ошибок прогноза показали, что:

значения интегральных масштабов сопоставимы с интегральными мас штабами, оцененными ранее по методике «градаций расстояний»;

масштабы по различным координатным направлениям существенно от личаются, что говорит о выраженной неоднородности и неизотропно сти;

горизонтальные и вертикальные корреляции зависят от сезона и суточ ного хода.

(д.ф.-м.н. Е.Г. Климова, к.ф.-м.н. А.Н. Зудин, к.ф.-м.н. О.А. Дубровская).

Расширение возможностей Информационно-вычислительной среды (ИВС) для задач интеграции, хранения, обработки данных натурных наблюдений В рамках единого каркаса ИВС реализованы модули «Биосубстраты Сиби ри» и «Анализ эмиссий от лесных пожаров бореальных лесов». ИВС ис пользовалась для обработки результатов наблюдений за состоянием атмо сферы промышленного центра и уровнями ее загрязнения. Выявлены функциональные связи влияния атмосферного аэрозоля на многоэлемент ный состава биосубстратов флоры и фауны Западной и Восточной Сибири.

Разработаны алгоритмы для проведения анализа натурных эксперимен тальных данных многоэлементного состава и содержания углеродсодер жащих соединений и дисперсных характеристик аэрозольных дымовых эмиссий.

На основе разработанных алгоритмов кластерного анализа элемент ного состава биосубстратов человека, животных, компонентов их пищи, растительного покрова и почв показано влияние геохимических и антропо генных факторов на состояние и качество жизни различных популяций флоры и фауны Сибири. Выявлены степенные зависимости между много элементным составом атмосферных аэрозолей и различными образцами биосубстратов, сформулированы предположения о причине этих зависи мостей и выявлены количественные характеристики, описывающие их близость.

Разработана структура модели данных «Система мониторинга лесных пожаров». Данные наблюдений были получены в результате проведения модельных пожаров на пяти специально оборудованных лесных площад ках в Красноярском крае в июне-июле 2009 года. Реализованы алгоритмы регрессионного анализа многоэлементного состава аэрозольных эмиссий.

Это позволило выявить корреляционную зависимость между содержанием различных химических элементов в аэрозольных эмиссиях, выделяемых при горении бореальных лесов. В результате анализа была показана воз можность обобщения полученных результатов на большие территории и необходимость изучения многоэлементного состава эмиссий, выделяемых при горении других типов лесов (к.ф.-м.н. Ю.И. Молородов, аспирант П.Е. Ширшов, аспирант В.С. Миньков).

Программный комплекс структурного восстановления данных опера тивного спутникового мониторинга В 2010 году на базе информационно-вычислительных ресурсов ИВТ СО РАН и инфраструктуры приема Западно-Сибирского регионального центра приема и обработки данных развернут комплекс по приему и обработке оперативных (платформы Terra/Aqua, NOAA) и природно-ресурсных спут никовых (платформы SPOT, МЕТЕОР) данных. Создана автоматизирован ная распределенная система структурного восстановления спутниковых данных, работающая в режиме реального времени. В обработке посту пающих данных задействованы вычислительные ресурсы Института вы числительных технологий и Новосибирского научного центра СО РАН (рис. II.17).

В настоящее время производится оперативная обработка следующих данных:

TERRA/MODIS: Обработка до уровня L2G/L3, AQUA/MODIS:Обработка до уровня L2G/L3, AQUA/AIRS: Обработка до уровня L2. Продукты физических характе ристик подстилающей поверхности, приземного слоя атмосферы, про фили атмосферы.

Рис. II.17. Схема программного комплекса структурного восстановления данных оперативного спутникового мониторинга Ежедневный объем получаемых продуктов достигает 50 гигабайт.

Данные доступны на FTP сервере ftp://gis-eng.ict.nsc.ru. Для визуального контроля и сопровождения работы комплекса разработан и запущен в экс плуатацию сервис покрытия территории наблюдения поступающей ин формацией (http://gis-eng.ict.nsc.ru/satview/). Разработанный сервис предос тавляет возможность просмотра оперативно поступающей информации, архивных данных, а также предоставляет возможность использовать дан ные в любых программных продуктах, поддерживающих технологию Google/KML/KMZ/ (инж.-иссл. В.В. Смирнов, зав. сек. Д.Л. Чубаров).

Создание центра обработки данных спутникового мониторинга В целях обеспечения функционирования программного комплекса обра ботки данных оперативного спутникового мониторинга, выполнены ра боты по проектированию, созданию и запуску в эксплуатацию технологи ческих решений, направленных на обеспечение бесперебойного функцио нирования комплекса обработки данных.


В результате выполненных работ на основе информационно вычислительных ресурсов ИВТ СО РАН и телекоммуникационных ресур сов СПД СО РАН впервые построен специализированный вычислитель ный сегмент сети, предназначенный для обеспечения функционирования высоконагруженного вычислительного комплекса обработки спутниковых данных.

По результатам работы комплекса в первые месяцы эксплуатации (март-июнь 2010 г.) был выполнен анализ необходимых вычислительных телекоммуникационных характеристик и анализ необходимого дискового пространства для хранения данных оперативного мониторинга за период 1 – 1,5 лет. На основе полученных данных принято решение о выделении вычислительного сегмента комплекса обработки в отдельный «специали зированный» сетевой сегмент сети ИВТ СО РАН. Проведены организаци онные работы по монтажу, настройке оборудования задействованного в работе комплекса (инж.-иссл. В.В. Смирнов, зав. сек. Д.Л. Чубаров, гл.

спец. А.Н. Гавенко, зав. сек. А.А. Фомин).

Разработка новых приближенных гидродинамических моделей для за дач волновой гидродинамики На основе подхода, предложенного для плоских течений в работах Грина– Нагди и др. и заключающегося в представлении решения по вертикальной координате в виде полинома, выведены нелинейно-дисперсионные урав нения на вращающейся притягивающей сфере. Для проверки правильности вывода этих сложных по структуре уравнений выполнен повторный вывод на основе теории Л.В. Овсянникова, подразумевающей разложение реше ния в ряд по малому параметру.

Выполнено аналитическое исследование решений нелинейных урав нений мелкой воды в окрестности границы «вода-суша» не только для плоского откоса, но и для произвольного рельефа дна и прилегающей су ши. Рассмотрены три различных режима взаимодействия волны с берегом:

накат необрушенной волны в общем случае, накат необрушенной волны в частном случае совпадения в началь ный момент времени касательных в точке уреза к свободной границе и рельефу дна, накат с обрушением.

Решения поставленных начально-краевых задач построены в виде ло кально сходящихся рядов. Получен закон движения точки уреза и найдены условия и моменты времени, когда один режим течения переходит в дру гой. Этот результат является совершенно новым и легко адаптируется для численных расчетов. Результаты аналитического исследования использо ваны для разработки новых аппроксимаций краевых условий на подвиж ной линии уреза. На некоторых тестовых задачах получено полное совпа дение численного решения (с точностью до ошибок округления) с анали тическим по положению точки уреза и ее скорости. Полученный результат является следствием того обстоятельства, что в численной схеме в окрест ности точки уреза используются точные локальные аналитические реше ния уравнений мелкой воды (к.ф.-м.н. З.И. Федотова, д.ф.-м.н.

Г.С. Хакимзянов).

Определение характеристик взаимодействия уединенной волны с час тично погруженными сооружениями На основе модели потенциальных течений жидкости разработан алгоритм и проведены расчеты воздействия одиночной волны на сооружение, защи щенное пористым или непроницаемым экраном. Результаты этих расчетов позволили получить предварительные оценки зависимости величин запле сков на полупогруженное тело и силового воздействия на него при различ ных значениях амплитуды набегающей волны, пористости экрана, зазора между дном и непроницаемым вертикальным экраном (рис. II.18). Обна ружено качественное согласование результатов вычислительных экспери ментов с материалами экспериментальных исследований, выполненных в Филиале ОАО «26-й Центральный научно-исследовательский институт», г. Санкт-Петербург (д.ф.-м.н. Г.С. Хакимзянов).

Рис.II.18. Взаимодействие одиночной волны с контуром, защищенным экраном Исследование особенностей оползневого механизма генерации волн цу нами Выведены уравнения модели движения оползня под действием сил тяже сти, плавучести, трения и сопротивления воды с учетом пространственной неоднородности подводного склона.

На основе классической модели мелкой воды в одномерном прибли жении разработан алгоритм расчета на адаптивных сетках процесса гене рации поверхностных волн оползнем, движущимся в ограниченном водо еме.

С использованием этой модели и классических уравнений теории мелкой воды проведены вычислительные эксперименты по воспроизведе нию механизма генерации поверхностных волн цунами движением под водного твердого оползня в двумерной постановке с учетом конечных раз меров оползня. Продемонстрированы особенности распространения вол новой энергии в модельных акваториях (рис. II.19). Изучены особенности волнообразования в прибрежной зоне модельных и реальных рельефов в зависимости от ряда физических и геометрических параметров задачи (к.ф.-м.н. С.А. Бейзель, д.ф.-м.н. Г.С. Хакимзянов, д.ф.-м.н. Л.Б. Чубаров, к.ф.-м.н. Н.Ю. Шокина).

Рис. II.19. Траектория движения центра масс оползня и диаграмма направленности энергии волны цунами, порожденной этим движением.

Справа – цветовая шкала амплитуд (в метрах) Расчет высот волн цунами для защищаемых пунктов побережья Даль него востока РФ для модельных очагов удаленных цунамигенных зем летрясений, детальные расчеты на основе уточненной батиметрии для модельных очагов ближней зоны Продолжены работы по определению экстремальных характеристик волн цунами у Дальневосточного побережья России от потенциально опасных удаленных цунамигенных землетрясений и землетрясений ближней зоны.

Построена система очагов удаленных цунами с магнитудой MW = 9.0, со стоящая из 90 событий, принадлежащих 8 географическим зонам: Алеуто Аляскинской, Североамериканской, Центральноамериканской, Южноаме риканской, зоне Новой Зеландии – Тонга, Папуа-Новой Гвинеи – Соломо новых островов, Филиппинской, зоне Гуама. Для каждого очага предложен полный набор сейсмически обоснованных параметров согласно модели Подъяпольского-Гусякова-Окады. Проведены предварительные расчеты для набора из 14 очагов, представляющих различные зоны (рис. II.20). Оп ределены общий характер трансформации моделируемых волн на транс океанских трассах и относительная мера опасности различных сейс мических зон для защищаемого побережья России, а также распределения экстремальных амплитуд и времен их вступления.

Рис. II.20. Распределения максимальных высот волн цунами (диаграммы направленности волновой энергии), порожденных удаленными цунамигенными землетрясениями Новогвинейской (слева) и Южноамериканской (справа) сейсмических зон. Цветовые шкалы соответствуют амплитудам волн (в метрах).

В части цунами, порождаемых в ближней по отношению к россий скому Дальневосточному побережью зоне, выполнены детальные расчеты на сетке высокого разрешения (15 географических секунд), позволившие определить характерные зоны влияния потенциально опасных модельных землетрясений с магнитудами MW = 7.8, 8.1, 8.4, 9.0, соответствующие рас пределения экстремальных амплитуд (рис. II.21). Результаты переданы в НПО «Тайфун» Росгидромета для использования во вводимой в оператив ную эксплуатацию первой очереди Национальной системы предупрежде ния о цунами нового поколения (к.ф.-м.н. С.А. Бейзель, д.ф.-м.н.

Л.Б. Чубаров).

Рис. II.21. Распределение максимальных (красный цвет) и минимальных (синий цвет) высот волн цунами вдоль Дальневосточного побережья РФ (с шагом 10 – 15 км), рассчитанных для очага цунамигенного землетрясения ближней зоны магнитудой Mw = 9.0. Черным цветом выделены столбцы, соответствующие защищаемым пунктам, стрелкой отмечены результаты, полученные для пункта «Петропавловск-Камчатский»

Проект IV.32.1.3. Разработка вычислительных алгоритмов, системных решений и программного обеспечения для математического моделирования на высокопроизводительных вычислительных комплексах № гос. регистрации Научный руководитель: д.ф.-м.н. М.П. Федорук Расчты загрязнения земной поверхности остатками ракетного топ лива Проведены расчты загрязнения земной поверхности остатками ракетного топлива (НДМГ – несимметричный диметилгидразин), выдавливаемого из баков первой ступени ракеты-носителя «Протон-М» после отделения сту пени на высоте около 42000 метров. Расчты были проведены для кон кретного пуска РН «Протон-М» с американским телекоммуникационным спутником EchoStar-14 на борту, состоявшимся 20 марта 2010 года (в 21 ч. 26 м. 57 с. по московскому времени).

В предложенном варианте модели капли топлива падают не с квази равновесными скоростями, как в предыдущих расчтах, а в явном виде рассчитываются ускорения капель относительно воздуха. Модель также обобщена на случай падения окислителя – азотного тетроксида (АТ). В по следнем случае точность модели ограничена недостатком имеющихся экс периментальных физико-химических данных для АТ.

Рис. II.22. Три семейства изолиний распределения поверхностной плотности НДМГ, достигшего земной поверхности в жидкой фазе.

На рис. II.22 представлены три семейства изолиний распределения поверхностной плотности НДМГ, достигшего земной поверхности в жид кой фазе. Числа 14, 16 на рисунке соответствуют прогнозу метеоданных на 20 марта 2010 г., рассчитанным в Гидрометцентре, соответственно, 14 и 16 марта. Число 20 соответствует метеоданным, восстановленным по ме теонаблюдениям за 20 марта (д.ф.-м.н. Ю.Н. Мороков).

Моделирование локальных упругих деформаций в системе Ge/Si Разработана программа для численного нахождения решения вариацион ной задачи по оптимизации структуры трхмерных сеток на основе метода сопряжнных градиентов. Программа применима как для оптимизации структуры адаптивных трхмерных сеток при численном решении трх мерных задач сплошной среды, так и для деформационной релаксации атомарных структур физики тврдого тела.

Эту программу удалось эффективно применить также для задачи на хождения релаксированных напряжнных структур в системе квантовых точек германия в кремнии. В качестве сеточного функционала использован потенциал Китинга. Оптимизированные координаты кластеров, содержа щих порядка трх миллионов узлов, использованы для нахождения компо нент тензора деформации во всех узлах тетрагональной сетки.


Рис. II.23. Распределение плотности энергии деформации в центральном сечении (y=0) системы, состоящей из двух пирамидок с расстоянием между центрами пирамидок в 80 атомарных слов Были проведены расчты для нескольких десятков структур кванто вых точек. На рис. II.23 представлено рассчитанное распределение плотно сти энергии деформации в кремнии для системы из двух германиевых пи рамидок в кремниевом окружении. Каждую пирамидку можно рассматри вать как квантовую точку, способную локализовать электроны или дырки.

Каждая из пирамидок выращивается на германиевом смачивающем слое (в данном случае толщиной в 5 атомарных слов). Из рис. II.23 видно, что деформационные поля пирамидок перекрываются. Степень перекрывания и, соответственно, степень взаимодействия между пирамидками возрастает с уменьшением расстояния между пирамидками. В свою очередь, дефор мационное поле, характеризуемое тензором деформации, влияет на воз можность формирования квантовых состояний для электронов и дырок, локализованных на квантовых точках (д.ф.-м.н. Ю.Н. Мороков).

Математическое моделирование нелинейных режимов генерации в во локонных лазерах с дисперсионным управлением на высокопроизводи тельных вычислительных комплексах Выполнено численное моделирование фемтосекундного волоконного лазе ра с пассивной синхронизацией мод на основе насыщающегося погло тителя (рис. II.24). Определн устойчивый режим одноимпульсной генера ции, наилучшим образом согласующийся с экспериментальными данными, в двухпараметрическом пространстве, с учтом ненасыщамых потерь и па раметра усиления сигнала в резонаторе. Режим, наиболее согласующийся с экспериментами, получается при ненасыщенных потерях 11%.

Рис. II.24. Схема резонатора На рис. II.25 представлены распределения автокорреляционной функ ции по времени для различных точек вывода сигнала из резонатора. В ка честве выводного волокна использовался Flexcore fiber с фиксированными длинами соответственно 1.2 м, 4.5 м и 1.3 м на выходах 1, 2, 3.

Численно исследованы условия генерации устойчивых одноимпульс ных режимов и показано, что режим претерпевает медленные изменения своих характеристик с периодичностью в несколько десятков времен об хода. Изучение динамики параметров импульса вдоль резонатора показы вает, что в случае сильного дисперсионного управления можно добиться минимизации ширины выходного импульса за счет оптимизации размеще ния выводного зеркала в каверне.

Output 1 Output 2 Output Рис. II.25. Автокорреляционная функция оптического сигнала на выходах из лазерного резонатора. Синий цвет – данные эксперимента, красный цвет – результаты численных расчетов Исследована возможность компрессии оптических импульсов. Пока зано, что для компрессии импульсов необходимо использовать световоды разных типов: импульсы, полученные на выходах 1 и 3 могут быть сжаты только оптоволокнами с аномальной дисперсией (фотонно-кристалличе ский световод), а компрессия оптических импульсов с выхода 2 происхо дит в волокне с нормальной дисперсией (flexcore волокно). Параметры сжатых импульсов следующие, выход № 1 – 0.19 ps, 76W;

№ 2 – 0.32 ps, 21 W;

№ 3 – 0.079 ps, 689 W, что также хорошо согласуется с эксперимен тальными данными (д.ф-м.н. М.П. Федорук, к.ф.-м.н. О.В. Штырина, ас пирант И.А. Яруткина).

Математическое моделирование физических основ космического плаз менного двигателя Для исследования способности плазменного сопла повышать аксиальный импульс потока плазмы предложена двухмерная математическая модель магнитного сопла, основанная на решении полной системы уравнений Власова-Максвелла. Метод решения основан на использовании метода частиц в ячейках и конечно-разностных схем расщепления для решения уравнений Максвелла.

Главной задачей моделирования является воспроизведение эффекта отделения плазменной струи от магнитных силовых линий. Из полученных расчетов можно сделать вывод о том, что предложенные модели адекватно описывают динамику плазмы в неоднородном магнитном поле. Это делает их приемлемыми для проведения дальнейшего исследования всех пара метров такого взаимодействия и получения критерия отрыва плазмы (рис. II.26, II.27).

На рис. II.26 представлено распределение плотности частиц в момент времени 1,4 мкс, из которого можно видеть, что форма плазмы изменяется, следуя силовым линиям магнитного поля (к.ф.-м.н. И.В. Шваб).

Рис. II.26. Плотность распределения частиц Рис. II.27. Альвеновская скорость частиц в момент времени t=1.4мкс в момент времени t=1.4мкс Математическое моделирование задач нанофотоники на основе нестационарных уравнений Максвелла Проведено моделирование оптической черной дыры (ОЧД) на основе ме тода конечных объемов решения нестационарных уравнений Максвелла на неструктурированных сетках. Пример расчета амплитуды поля показан на рис. II.28.

Рис. II.28. Результаты расчета амплитуды поля в ОЧД при падении гауссова пучка под углом 0 и Выполнено моделирование ОЧД с использованием аналитической теории Ми. Пример расчета амплитуды поля для разных углов падения га уссова пучка показан на рис. II.29.

Рис. II.29. Расчет амплитуды поля в ОЧД при падении пучка Гаусса:

(а) мимо ОЧД (b) под углом 90 (с) под углом 30 (d) под углом Проведен анализ слоистой ОЧД, в которой каждый слой имеет посто янную диэлектрическую проницаемость и может быть изготовлен с ис пользованием современных метаматериалов. Расчеты показывают, что, на чиная с 17 слоев, эффективность поглощения прибора превышает 94%.

Примеры расчетов амплитуды поля для разного числа слоев приведены на рис. II.30.

Рис. II.30. Расчет амплитуды поля в ОЧД при падении плоской волны для разного числа однородных слоев (l). Эффективность поглощения равна:

72%, 84%, 90%, 94% и 99% соответственно Получена аналитическая оценка эффективности ОЧД для случая ТМ поляризации (д.ф.-м.н. М.П. Федорук, м.н.с. Л.Ю. Прокопьева, к.ф.-м.н.

А.С. Лебедев).

Математическое моделирование оптических линий связи на основе спектрально эффективных методов модуляции оптического сигнала на высокопроизводительных вычислительных комплексах Выполнено численное моделирование оптических линий связи на основе форматов двухуровневой фазовой модуляции (BPSK и DBPSK) и четырех уровневой фазовой модуляции (QPSK). Работа приемника проверена на модельной задаче, когда искажение оптического сигнала является следст вием добавления аддитивного белого гауссова шума, а искажения, вноси мые оптическим каналом, не учитываются. Проведены численные расчеты распространения оптического сигнала по оптоволокну в линейном и нели нейном режимах. Получены кривые зависимости коэффициента битовой ошибки (Bit Error Rate) от отношения «сигнал-шум» для форматов OOK, BPSK и QPSK.

Рис. II.31. Зависимость BER от отношения «сигнал-шум» после распространения оптического сигнала в нелинейном режиме Ввиду необходимости использования сверхдлинных битовых после довательностей для накопления статистики сигналов, особую важность приобретает возможность использования ресурсов ИВЦ НГУ. Один ти пичный численный расчет, как правило, состоит из 50 запусков программы с разными начальными битовыми последовательностями, каждый из кото рых длится до 15 часов. Имея возможность задействовать 50 и более про цессоров одновременно, скорость работы с использованием кластера воз растает в десятки раз по сравнению с работой на персональном компью тере.

На рис. II.31 приведены результаты расчетов в нелинейном режиме. В этом случае искажение сигнала является следствием аддитивного гауссова шума и значительной нелинейности среды. В данном случае наиболее ошибкоустойчивым оказывается формат BPSK, а самым худшим является формат OOK (д.ф.-м.н. М.П. Федорук, к.ф.-м.н. О.В. Штырина, м.н.с.

А.С. Скидин, аспирант А.А. Редюк).

Численное моделирование и оптимизация выходных характеристик волоконного ВКР-лазера Выполнено численное моделирование генерации сигнала в волоконном ВКР-лазере на основе двух моделей: квазимонохроматической модели и модели распространения сигнала в нелинейной среде с дисперсией. Про демонстрирована хорошая согласованность численных результатов с экс периментом для модели распространения.

Выполненный анализ спектральных характеристик излучения показал, что расширение спектра излучения, следствием которого является обтека ние брэгговских решток, образующих лазерный резонатор, приводит к уменьшению выходной мощности лазера (рис. II.32 – II.34).

Проведена оптимизация параметров резонатора для различных лазер ных конфигураций (д.ф.-м.н. М.П. Федорук, аспирант А.Е. Беднякова).

Yb-doped fiber Raman converter 1090 nm input 1550 nm output Diode Pump 99% 5% Bg1 Bg2 Bg Рис. II.32. Принципиальная схема однокаскадного ВКР-лазера 5 Pin = 5 W Pin = 5 W Balance equations system of NLSE Experiment Output power (W) 1148 1150 1152 1148 1150 0 Рис. II.34. Спектры излучения, выходящего 1 2 3 4 5 через торец (слева) и через рештку (справа).

Input power (W) Рис. II.33. Выходная мощность однокаскадного ВКР-лазера.

Сравнение данных эксперимента и расчетов Разработка параллельных алгоритмов для численного моделирования процессов, протекающих при работе импульсной аэрозольной системы пожаротушения (ИАСП) Проведено численное моделирование работы устройства порошкового по жаротушения с помощью разработанного параллельного алгоритма, реали зованного на кластерной вычислительной системе. На основе имитацион ного моделирования функционирования распределенной кластерной вы числительной системы получены оценки ее основных характеристик, по зволяющие оценить эффективность ее работы на произвольном потоке за дач с параллельными ветвями.

Разработаны три варианта параллельного алгоритма. Первый из них использовал только систему MPI для организации обменов между вычис лительными узлами. Второй алгоритм использовал только систему OpenMP без организации обменов между полосами, т.е. решение задачи проводилось на одном вычислительном узле, а вычисления в каждой по добласти проводились на своем ядре узла. Третий алгоритм являлся гиб ридным. Расчеты проводились на кластерной системе DL580G2 (ИВЦ НГУ), каждый из узлов которой имел восемь ядер.

Значения коэффициента ускорения для этих трех алгоритмов приве дены на рис. II.35. Видно, что наилучший результат дает второй алгоритм, поскольку в нем отсутствуют межпроцессорные обмены. Первый алгоритм обеспечивает наибольшее ускорение при использовании шести узлов. Тре тий (гибридный) алгоритм обладает лишь небольшим преимуществом пе ред первым, поскольку скорость межпроцессорных обменов в MPI сравни тельно невысока.

Рис. II.35. Коэффициент ускорения вычислений Разработан параллельный алгоритм для имитационного моделирова ния функционирования многопроцессорной вычислительной пространст венно-распределенной вычислительной системы (РВС). На основе имита ционного моделирования получены статистические оценки основных ха рактеристик РВС, в том числе оценки пропускной способности системы на заданном промежутке времени с различными каналами связи, на задачах с различным числом параллельных ветвей и ряд других характеристик (д.ф.-м.н. А.Д. Рычков).

Математическое моделирование процессов взаимодейстаия лазерных фемтосекундных импульсов с плазмой на основе численного решения системы уравнений Власова-Максвелла Проведено моделирование процесса взаимодействия лазерного излучения с тонкой фольгой, состоящей из электронов и разного сорта ионов;

рас смотрены режимы радиационного ускорения и развития неустойчивости Релей-Тейлора для различных значений амплитуды лазерного импульса, его поляризации, плотности и состава фольги. Серия расчетов позволила найти режимы оптимальных значений данных параметров для уменьшения разброса в энергетическом спектре ускоренных ионов (рис. II.36). Полу ченные оценки могут быть использованы при проведении экспериментов по ускорению ионов в лазерной плазме.

Получена зависимость энергии ускоренных протонов и степени моно энергетичности протонного пучка от интенсивности лазерного импульса.

Исследовано влияние краевых эффектов конечного поперечного размера фольги на спектральные энергетические характеристики генерируемых ионных пучков. Показано, что боковой разлет фольги уменьшает долю протонов в моноэнергетическом пике и приводит к уширению функции распределения.

Рис. II.36. Изолинии плотностей электронной и ионной (С4+) компонент плазмы в последовательные моменты времени Выполнено численное моделирование генерации, наблюдавшихся в экспериментах и обнаруженных методом протонной радиографии, мед ленно эволюционирующих регулярных пространственных структур при прохождении мощного лазерного импульса интенсивностью 1019 Вт/см пикосекундной длительности через струю ионизованного гелия. Модели рование позволило понять природу и геометрию электромагнитных полей, ответственных за генерацию подобных структур. Результаты расчетов по казали, что помимо свойств, типичных для солитонов (как, например, за хват ими электромагнитного излучения и пространственная локализация) эти структуры также сопровождаются вихревыми токами, что приводит к образованию областей квазистатического магнитного поля, похожего по структуре на типичный магнитный дипольный вихрь (д.ф-м.н.

Г.И. Дудникова, к.ф.-м.н. Т.В. Лисейкина).

Разработка высокоточных компактных разностных схем для решения задач математической физики Разработаны разностные методы четвертого порядка точности для числен ного решения краевых задач для уравнения теплопроводности в неодно родных областях. Основу метода составили компактные схемы внутри од нородных подобластей и многоточечные аппроксимации потоков на гра ницах раздела сред и на внешних границах. Наиболее просто алгоритм формулировался для областей слоистой структуры, не имеющих особых узлов сетки – узлов сопряжения более двух материалов, уступов однород ных подобластей, изломов внешней границы, узлов сопряжения материа лов на внешней границе.

Построены специальные высокоточные формулы для расчета решения в этих особых узлах, что позволило распространить методику на области более общего вида, приводящиеся к областям клетчатой структуры путем продолжения всех внутренних границ раздела сред. Построенные алгорит мы допускают как обычную, так и эквивалентную параллельную реализа цию.

Проведены исследования возможности распространения метода на гиперболические уравнения второго порядка в кусочно-однородных облас тях клетчатой структуры. В качестве примера взято волновое уравнение, для него построены высокоточные формулы замыкания алгоритма для вы числения решения в особых узлах – угловых точках клеток. Показана схо димость с четвертым порядком относительно шагов сетки как по про странственным переменным, так и по времени.

Теоретические выводы относительно технологии расчета краевых за дач для уравнений второго порядка в кусочно-однородных средах прове рялись на ряде тестов путем проведения численных экспериментов. Для этого внутри однородных подобластей использовались компактные схемы четвертого порядка точности, на границах раздела сред применялись 5-точечные разностные аналоги потоков, а в особых узлах – специальные формулы замыкания. Расчеты показали, что практически наблюдаемый порядок сходимости соответствует теоретическим положениям.

Построена разностная схема повышенного порядка точности для ска лярного нелинейного уравнения Шредингера (к.ф.-м.н. В.И. Паасонен).

Расчет энергетического спектра дырок в системе с квантовыми точками Рассмотрена задача вычисления энергетического спектра дырок в системе с квантовыми точками в рамках 6-зонной kp-модели. Эта модель хорошо зарекомендовала себя для объемных материалов. Однако проблемы возни кают при решении задач по нахождению энергетического спектра для дву мерных структур: гетеропереходов и сверхрешеток. Для таких систем ос новным свойством является резкое изменение в пространстве материаль ных параметров, важнейшим из которых является эффективная масса. В этом случае важным является вопрос о выборе граничных условий на гете рогранице. В случае квантовых точек дело усугубляется тем, что возникает несколько гетерограниц со сложной геометрией и разной симметрией и часто подход, выработанный для одной гетерограницы или системы иден тичных повторяющихся гетерограниц, оказывается несправедливым в об щем случае.

Таким образом, стоит задача нахождения граничных условий, обла дающих следующими свойствами: сохранение потока на гетерогранице, возможность произвольной ориентации гетерограницы, отсутствие пара зитных состояний, возможность формулировки граничных условий в виде дифференциальных уравнений.

Предложены граничные условия, обладающими этими свойствами, для 6-зонной kp-модели. При этом вводится только один свободный пара метр, являющийся характеристикой гетероперехода.

Рис. II.37. Плотность вероятности (распределение 2) в плоскости, проходящей через основание пирамиды На примере вычисления энергетического спектра дырки в квантовой точке Ge/Si показано, что при определенных значениях параметра задача нахождения основного состояния оказывается некорректной – возникают сильно осциллирующие интерфейсные состояния, заполняющие всю за прещнную зону. Определн диапазон значений, в котором задача явля ется корректной. Показано, что «стандартные» граничные условия соот ветствуют значению = 0.5 и для большинства гетеропар приводят к не физическому решению. На рис. II.37 показана плотность вероятности (рас пределение 2) в плоскости, проходящей через основание пирамиды в слу чае германиевой квантовой точки пирамидальной формы. Разработан и реализован конечно-разностный алгоритм, позволяющий вычислять вол новую функцию и энергию основного состояния при различных (д.ф.-м.н. В.П. Жуков).

III. КОНКУРСНЫЕ ПРОЕКТЫ И ГРАНТЫ Президентская программа поддержки ведущих научных школ РФ 1. Проект НШ-6068.2010.9 «Разработка информационно вычислительных технологий поддержки принятия решений».

Руководитель: ак. Шокин Ю. И.

Федеральные целевые программы 1. ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Лот «Проведение научных исследований коллективами под руководством приглашенных исследователей в области информа ционно-телекоммуникационных технологий и вычислительных систем» (шифр «2010-1.5-502-002»).

Контракт № 02.740.11.5129 от 01.03.2010 г. «Использование спек трально эффективных методов модуляции сигнала и специальных методов помехоустойчивого кодирования для повышения пропуск ной способности магистральных волоконно-оптических линий свя зи».

Заказчик: Министерство образования и науки Российской Федера ции (Минобрнаука России).

Руководитель: к.ф.-м.н. Шафаренко А.В. (Великобритания) Ответственный исполнитель: д.ф.-м.н. Федорук М. П.

Программы Президиума РАН 1. Программа № 1 «Проблемы создания национальной научной рас пределенной информационно-вычислительной среды на основе развития GRID технологий и современных телекоммуникацион ных сетей».

Проект № 4.5.1.1 «Распределенная информационно вычислительная среда СО РАН».

Руководитель: ак. Шокин Ю. И.

Ответственный исполнитель: д.ф.-м.н. Голушко С. К.

2. Программа № 1 «Проблемы создания национальной научной рас пределенной информационно-вычислительной среды на основе развития GRID технологий и современных телекоммуникацион ных сетей».

Проект № 4.5.1.2 «Технологические основы интеграции распреде ленных информационных ресурсов».

Руководитель: чл.-к. РАН Федотов А. М.

Ответственный исполнитель: д.т.н. Жижимов О. Л.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.