Вычислительная механика
 | Эта статья имеет несколько вопросов. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудить эти вопросы на странице разговоров . ( Узнайте, как и когда удалить эти сообщения )
|
Вычислительная механика - это дисциплина, связанная с использованием вычислительных методов для изучения явлений, регулируемых принципами механики . [ 1 ] До появления вычислительной науки (также называемой научными вычислениями) в качестве «третьего пути», помимо теоретических и экспериментальных наук, вычислительная механика широко считалась субдисциплинией прикладной механики . В настоящее время он считается субдисциплиной в рамках вычислительной науки.
Обзор
[ редактировать ]Вычислительная механика (CM) является междисциплинарной. Его три столпа - механика , математика и информатика .
Механика
[ редактировать ]Вычислительная динамика жидкости , вычислительная термодинамика , вычислительная электромагнетика , вычислительная твердая механика являются одними из многих специализаций в CM.
Математика
[ редактировать ]Области математики, наиболее связанные с вычислительной механикой, являются уравнением дифференциальных дел , линейной алгеброй и численным анализом . Наиболее популярными численными методами являются методы конечных элементов , конечных различий и граничных элементов в порядке доминирования. В твердых механиках методы конечных элементов гораздо более распространены, чем методы конечных разностей, тогда как в механике жидкости, термодинамике и электромагнетизме методы конечных различий практически одинаково применимы. Техника граничного элемента в целом менее популярна, но, например, имеет нишу в определенных областях, включая акустическую инженерию.
Информатика
[ редактировать ]Что касается вычислений, компьютерное программирование, алгоритмы и параллельные вычисления играют важную роль в CM. Наиболее широко используемым языком программирования в научном сообществе, включая вычислительную механику, является Fortran . Недавно C ++ увеличился в популярности. Научно -компьютерное сообщество медленно приняло C ++ в качестве Lugare Franca. Из-за очень естественного способа выражения математических вычислений и встроенных возможностей визуализации, проприетарная языка/среда Matlab также широко используется, особенно для быстрой разработки приложений и проверки модели.
Процесс
[ редактировать ]Ученые в области вычислительной механики следуют списку задач для анализа их целевого механического процесса:
- физического Математическая модель явления сделана. Обычно это включает в себя выражение естественной или инженерной системы с точки зрения уравнений с частичным . Этот шаг использует физику для формализации сложной системы.
- Математические уравнения преобразуются в формы, которые подходят для цифровых вычислений. Этот шаг называется дискретизацией , потому что он включает в себя создание приблизительной дискретной модели из исходной непрерывной модели. В частности, это обычно переводит уравнение с дифференциацией частичных (или его систему) в систему алгебраических уравнений . Процессы, участвующие в этом этапе, изучаются в области численного анализа .
- Компьютерные программы для решения дискретизированных уравнений с использованием прямых методов (которые являются одноэтапными методами, приводящими к решению) или итеративным методам (которые начинаются с пробного решения и достигают фактического решения последовательной уточнением). В зависимости от характера проблемы, суперкомпьютеры или параллельные компьютеры . на этом этапе могут использоваться
- Математическая модель, численные процедуры и компьютерные коды проверяются с использованием либо экспериментальных результатов, либо упрощенных моделей, для которых точные аналитические решения доступны . Довольно часто новые численные или вычислительные методы подтверждаются путем сравнения их результата с результатами существующих хорошо известных численных методов. Во многих случаях также доступны контрольные проблемы. Численные результаты также должны быть визуализированы, и зачастую физические интерпретации будут даны результатам.
Приложения
[ редактировать ]Некоторые примеры, в которых вычислительная механика была использована для практического использования, - это моделирование аварии транспортных средств , моделирование нефтяного резервуара , биомеханика, производство стекла и полупроводниковое моделирование.
Сложные системы [ который? ] Это было бы очень сложно или невозможно лечить с использованием аналитических методов, было успешно моделировано с использованием инструментов, предоставляемых вычислительной механикой.
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jamshid Ghabousi; XIPING Стивен Ву (25 ноября 2016 г.). Численные методы в вычислительной механике . CRC Press. ISBN 978-1-315-35164-3 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]| Базы данных управления авторитетом : национальный |
|---|
