✖


Jump to content

ЛОСЬ (программное обеспечение)

ЛОСЬ
Оригинальный автор(ы) Дерек Гастон
Разработчик(и) Национальная лаборатория Айдахо и сотрудники
Первоначальный выпуск 10 июня 2008 г .; 16 лет назад ( 10.06.2008 )
Операционная система Linux , Mac OS X , Unix
Доступно в С++
Тип Конечно-элементный анализ
Лицензия LGPL
Веб-сайт лось фреймворк .inl .gov

MOOSE ( Мультифизическая объектно-ориентированная среда моделирования ) — это объектно-ориентированная среда конечных элементов C++ для разработки тесно связанных мультифизических решателей от Национальной лаборатории Айдахо . [1] MOOSE использует PETSc пакет нелинейных решателей и libmesh для обеспечения дискретизации методом конечных элементов.

Ключевым аспектом разработки MOOSE является разложение слабой формы уравнений невязки на отдельные члены, каждый из которых представлен вычислительными ядрами. Объединение этих ядер в полные остатки, описывающие решаемую задачу, выполняется во время выполнения. Это позволяет вносить такие изменения, как переключение механизмов и добавление новой физики без перекомпиляции. MOOSE поставляется с обширной библиотекой ядер, обеспечивающей остаточные члены для механики твердого тела , уравнений Навье–Стокса , моделей фазового поля и многого другого.

MOOSE использует VTK для визуализации.

Фон

[ редактировать ]

Разработка MOOSE в Национальной лаборатории Айдахо (INL) с мая 2008 года привела к появлению уникального подхода к вычислительной инженерии, который уникальным образом сочетает информатику с четким математическим описанием, что позволяет ученым и инженерам разрабатывать инструменты инженерного моделирования в часть времени, требуемого ранее. [2] Сердце MOOSE — это ядро. Ядро — это «кусок» физики . Чтобы добавить новую физику в приложение, созданное с использованием MOOSE, все, что требуется, — это предоставить новое ядро, описывающее дискретную форму уравнения. Обычно удобно думать о ядре как о математическом операторе , таком как лапласиан или член конвекции в уравнении в частных производных (УЧП). Ядра можно менять местами или объединять вместе для достижения различных целей приложения. Эти ядра, число которых сейчас исчисляется сотнями, позволяют ученым или инженерам быстро разрабатывать приложения.

Для нового приложения существующие ядра выбираются как есть или модифицируются по мере необходимости и «подключаются». Уравнение адвекции - диффузии - реакции имеет одну и ту же математическую форму независимо от того, для какого приложения оно используется. Обычно необходимо определить только форму коэффициентов или зависимости от других физических явлений; редко приходится создавать законченные ядра с нуля. ) требуется только разработка ядра При использовании MOOSE от ученого или инженера ( разработчика приложения . MOOSE предназначен для выполнения всего остального для разработчика приложений, например дискретизации конечных элементов уравнений PDE, нелинейного решателя и параллельных высокопроизводительных вычислений .

Идея назвать приложения на основе MOOSE в честь видов животных Айдахо местных во многом основана на подходе Национальной лаборатории Лос-Аламоса 1970-1990-х годов к присвоению своим кодам имен индейских племен и артефактов, таких как APACHE, CONCHAS и KIVA серия кодов . . В настоящее время существует более двадцати прикладных животных на основе MOOSE, находящихся на разных стадиях разработки: от недавнего получения предварительных результатов до признания на национальном уровне как новейшие разработки (например, BISON и MARMOT для моделирования и моделирования характеристик топлива).

Описание

[ редактировать ]
Моделирование MOOSE/BISON: кусок топливной таблетки откололся (в центре слева) из-за производственного дефекта или повреждения, полученного во время транспортировки. Поврежденная поверхность таблетки создает высоконапряженное состояние в прилегающей оболочке. В результате таблетки нагреваются и уплотняются, а затем снова разбухают из-за продуктов деления , что еще больше нагружает окружающую топливную оболочку. накопления внутри них

MOOSE — это среда разработки и выполнения для решения мультифизических систем, включающих несколько физических моделей или несколько одновременных физических явлений. Системы обычно представляются (моделируются) как система полностью связанных нелинейных систем уравнений в частных производных (примером мультифизической системы является эффект тепловой обратной связи на нейтронно-физические сечения , где сечения являются функцией теплопередачи ). Внутри MOOSE метод Ньютона Крылова без якобиана (JFNK) реализован как параллельный нелинейный решатель, который естественным образом поддерживает эффективную связь между системами физических уравнений (или ядрами). [3] Физические ядра предназначены для внесения вклада в нелинейный остаток, который затем минимизируется внутри MOOSE. MOOSE предоставляет полный набор возможностей поддержки конечных элементов (libMesh) и обеспечивает адаптацию сетки и параллельное выполнение . Платформа активно использует библиотеки программного обеспечения Министерства энергетики (DOE) и Национальной администрации по ядерной безопасности (NNSA), такие как возможности нелинейного решателя в проекте Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computing ( PETSc ) или проекте Trilinos .

ELK (Расширенная библиотека ядер)

[ редактировать ]

ELK — это библиотека общих ядер, граничных условий и базовых классов материалов. [4]

ЯК (Еще одно ядро)

[ редактировать ]

YAK — это библиотека общих действий, ядер, граничных условий и базовых классов материалов для приложений переноса радиации. YAK в настоящее время связан с RattleSnake (многогрупповой перенос радиации Sn), Pronghorn (многогрупповая диффузия) и Critter (многомасштабная температурная обратная связь).

Приложения

[ редактировать ]

ЗУБР

[ редактировать ]

BISON был первым «животным» на основе MOOSE и представляет собой код эффективности ядерного топлива на основе конечных элементов, применимый к различным формам топлива, включая легководных реакторов топливные стержни , топливные частицы TRISO , а также металлические стержневые и пластинчатые топлива. [5] [6] [7] Он решает полностью связанные уравнения термомеханики и диффузии частиц и учитывает важные аспекты физики топлива, такие как выделение газов ядерного деления и ухудшение свойств материала при выгорании. BISON основан на платформе MOOSE. [8] и поэтому может эффективно решать задачи как с двумерной осесимметричной , так и с трехмерной геометрией, используя стандартные рабочие станции или большие высокопроизводительные компьютеры . пластичности Для плакированных материалов реализованы модели , радиационного роста, термической и радиационной ползучести. Также доступны модели для моделирования теплопередачи в зазоре, механического контакта и изменения давления в зазоре/ в камере в зависимости от объема камеры, температуры газа и добавления газа ядерного деления. BISON также связан с возможностями моделирования свойств материалов мезомасштабного фазового поля на основе MOOSE. [9] [10]

СУРОК

[ редактировать ]

MARMOT — это код фазового поля на основе конечных элементов для моделирования эволюции микроструктуры , вызванной облучением . MARMOT прогнозирует влияние радиационного повреждения на эволюцию микроструктуры, включая зарождение и рост пустот, рост пузырьков, миграцию границ зерен , а также диффузию и сегрегацию газа. Уравнения фазового поля могут быть связаны с теплопроводностью и механикой твердого тела от ELK, чтобы рассмотреть влияние градиентов температуры и напряжений на эволюцию. Кроме того, MARMOT рассчитывает влияние эволюции микроструктуры на различные свойства объемного материала, включая теплопроводность и пористость . После расчета объемных свойств их можно передать в BISON для моделирования характеристик топлива. Эта связь между MARMOT и BISON была достигнута в гибридном коде BARMOT. [11] [12] [13]

СОКОЛ

[ редактировать ]

FALCON разрабатывается для обеспечения моделирования тесно связанного поведения жидкости и породы в гидротермальных и инженерно -геотермальных (EGS) коллекторах , нацеленного на динамику стимуляции трещин, потока жидкости, деформации горных пород и переноса тепла в едином интегрированном коде с помощью Конечная цель — предоставить инструмент, который можно использовать для проверки жизнеспособности EGS в США и во всем мире. [14] [15] [16] Надежные прогнозы производительности резервуара с помощью систем EGS требуют точного и надежного моделирования связанных термогидролого-механических процессов. Обычно задачи такого типа решаются с использованием методов разделения операторов , обычно путем объединения симулятора подземного потока и теплопереноса с симулятором механики твердого тела через входные файлы. [17] [18] [19] [20] FALCON устраняет необходимость использования методов разделения операторов для моделирования этих систем, а масштабируемость приложений, поддерживаемых MOOSE, позволяет моделировать эти тесно связанные процессы в масштабе пласта, позволяя исследовать систему в целом (чего методологии разделения операторов обычно не могут делать). [21] [22]

КРЫСА

[ редактировать ]

ReActive Transport (RAT) был разработан для решения проблем реактивного транспорта в подземных пористых средах , которые включают в себя сильно нелинейные физические процессы потока жидкости , переноса растворенных веществ , биогеохимических реакций и взаимодействия среды и раствора. Эти проблемы являются общими для различных подземных инженерных систем, таких как инженерные меры по восстановлению окружающей среды , усовершенствованные геотермальные системы и геологическая секвестрация углекислого газа. В настоящее время физика, которая может быть объединена в RAT, включает в себя: однофазный поток жидкости в пористой среде, адвекцию , дисперсионный и диффузионный транспорт, водную кинетическую реакцию, водную равновесную реакцию, кинетическую реакцию осаждения/растворения минералов и пористость-проницаемость Кармена-Козени. отношение. [23] [24]

Это программное обеспечение не следует путать с инструментом анализа реактора. [25] (RAT) — набор инструментов, основанный на ROOT. [26] и GEANT4 [27] для микрофизического моделирования сцинтилляционных детекторов, используемых в экспериментах с нейтрино и темной материей, включая Braidwood, SNO+ и DEAP-3600.

РЕЛАП-7

[ редактировать ]

RELAP-7 — это инструмент следующего поколения в серии приложений для анализа безопасности/систем RELAP , основанный на среде разработки и среды выполнения MOOSE . [28] [29] RELAP-7 сохранит и улучшит возможности базового анализа RELAP5. Четыре основных улучшения: 1) Корректная модель двухфазного потока с семью уравнениями (жидкость, газ и давление на границе раздела) по сравнению с устаревшей некорректной моделью потока с шестью уравнениями (скорость звука нефизической смеси), найденной в RELAP5. ; 2) Улучшенные численные аппроксимации, обеспечивающие точность второго порядка как в пространстве, так и во времени по сравнению с аппроксимациями первого порядка в RELAP5; 3) Неявное тесно связанное интегрирование по времени для длительных переходных процессов, например, определение поведения станции для полного жизненного цикла топлива оценки ; и 4) возможность легкого подключения к многомерным симуляторам активной зоны, разрабатываемым в других программах (NEAMS, CASL, ATR LEP). [30] [31] [32]

Вилорог

[ редактировать ]

с галечным пластом с газовым охлаждением Первоначально Pronghorn был разработан для моделирования концепции VHTR . Текущие возможности Pronghorn включают переходный и устойчивый связанный поток пористой жидкости и твердотельную теплопроводность со стандартной многогрупповой моделью диффузии (т.е. с фиксированным источником, критичностью и зависимостью от времени). [33] Недавно добавленные возможности включают схему нелинейного ускорения для решения проблем критичности и простую тепложидкостную модель для концепции призматического реактора. Будущие возможности будут включать более совершенную модель многофазного потока (для изучения эффектов теплового пограничного слоя) и модель переноса радиации. Физика может быть решена в трехмерном декартовом (x, y, z) или цилиндрическом ( r, q, z ) пространстве с использованием моделей предшественников и адиабатической тепловой обратной связи. Этот код был проверен на соответствие проблеме эталонного теста PBMR400. С использованием Pronghorn было проведено моделирование выброса стержней для тепловых жидкостей/нейтроники как для галечных, так и для призматических реакторов с газовым охлаждением, а также для простых эталонных задач LWR, связанных с тепловой нейтроникой. [34] [35]

Функции

[ редактировать ]
  • Полностью связанный, полностью неявный мультифизический решатель
  • Независимая от размерностей физика
  • Автоматически параллельно (максимальные запуски >100 000 ядер ЦП)
  • Модульная разработка упрощает повторное использование кода.
  • Встроенная адаптивность сетки
  • Непрерывное и прерывистое Галеркин (Д.Г.) (одновременно)
  • Автоматическое дифференцирование в прямом режиме для вычисления матрицы Якоби
  • Интуитивное параллельное многомасштабное решение (см. видеоролики ниже)
  • Независимый от размеров, параллельный геометрический поиск (для приложений, связанных с контактами)
  • Гибкий подключаемый графический интерфейс пользователя.
  • ~30 подключаемых интерфейсов позволяют специализировать каждую часть решения.

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ «MOOSE Framework — мультифизика с открытым исходным кодом» . Национальная лаборатория Айдахо . Проверено 28 марта 2013 г.
  2. ^ [1] [ мертвая ссылка ]
  3. ^ «Архивная копия» (PDF) . www.global-sci.com . Архивировано из оригинала (PDF) 19 марта 2013 года . Проверено 17 января 2022 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  4. ^ «Инструкции MOOSE — EVOWiki» . Icme.hpc.msstate.edu. 17 апреля 2012 г. Архивировано из оригинала 05 марта 2016 г. Проверено 11 декабря 2012 г.
  5. ^ Уильямсон, РЛ; Хейлз, доктор медицинских наук; Новасконе, СР; Тонкс, MR; Гастон, ДР; Перманн, CJ; Андрес, Д.; Мартино, Колорадо (19 января 2012 г.). «Журнал ядерных материалов - Многомерное мультифизическое моделирование поведения ядерного топлива». Журнал ядерных материалов . 423 (1–3): 149–163. Бибкод : 2012JNuM..423..149W . дои : 10.1016/j.jnucmat.2012.01.012 .
  6. ^ [2] [ мертвая ссылка ]
  7. ^ Ньюман, Крис; Хансен, Глен; Гастон, Дерек (2009). «Журнал ядерных материалов - Трехмерное совместное моделирование термомеханики, тепла и диффузии кислорода в ядерных топливных стержнях UO2». Журнал ядерных материалов . 392 : 6–15. дои : 10.1016/j.jnucmat.2009.03.035 .
  8. ^ Гастон, Дерек; Ньюман, Крис; Хансен, Глен; Лебрен-Грандье, Дэмиен (19 июля 2009 г.). «Ядерная инженерия и проектирование - MOOSE: система параллельных вычислений для связанных систем нелинейных уравнений» (PDF) . Ядерная инженерия и дизайн . 239 (10): 1768–1778. doi : 10.1016/j.nucengdes.2009.05.021 .
  9. ^ Тонкс, Майкл Р.; Гастон, Дерек; Миллетт, Пол С.; Андрес, Дэвид; Талбот, Пол (28 августа 2011 г.). «Вычислительное материаловедение — объектно-ориентированная система конечных элементов для мультифизического моделирования фазовых полей» . Вычислительное материаловедение . 51 : 20–29. дои : 10.1016/j.commatsci.2011.07.028 .
  10. ^ Тонкс, Майкл; Гастон, Дерек; Перманн, Коди; Миллетт, Пол; Хансен, Глен; Вольф, Дитер (3 июля 2010 г.). «Ядерная инженерия и проектирование - методология объединения кодов характеристик ядерного топлива на основе мезомасштаба» . Ядерная инженерия и дизайн . 240 (10): 2877–2883. doi : 10.1016/j.nucengdes.2010.06.005 .
  11. ^ Тонкс, MR; Гастон, Д; Миллетт, ПК; Андрес, Д; Талбот, П. (2012). «Объектно-ориентированная система конечных элементов для мультифизического моделирования фазового поля» . Вычислительное материаловедение . 51 : 20–29. дои : 10.1016/j.commatsci.2011.07.028 .
  12. ^ К. Чокалингам, М. Р. Тонкс, Дж. Д. Хейлз, Д. Р. Гастон, ПК Миллетт, Л. Чжан. 2012. Кристаллопластика с безякобианом Ньютона – Крылова. Вычислительная механика 0178-7675:1–10.
  13. ^ Чжан, Л; Тонкс, MR; Миллетт, ПК; Чжан, Ю; Чокалингам, К; Бинер, Б. (2012). «Фазовое моделирование связи миграции пор, вызванной градиентом температуры, с теплопроводностью». Вычислительное материаловедение . 56 : 161–165. дои : 10.1016/j.commatsci.2012.01.002 .
  14. ^ «ESTSC — Найдите новейшее программное обеспечение Министерства энергетики США» . Osti.gov. Архивировано из оригинала 22 октября 2015 г. Проверено 11 декабря 2012 г.
  15. ^ Подгорни, Р.К., Х. Хуанг и Д. Гастон, 2010, Массивно-параллельное полностью связанное моделирование связанных термогидромеханических процессов для резервуаров с усовершенствованной геотермальной системой, 35-й Стэнфордский геотермальный семинар, Стэнфорд, Калифорния, февраль 2010 г.
  16. ^ Гастон, Д., Л. Го, Х. Хуан, Р. Джонсон, Х. Парк, Р. Подгорни, М. Тонкс и Р. Уильямсон. 2010. Параллельные алгоритмы и программное обеспечение для ядерных, энергетических и экологических приложений. Часть I: Мультифизические алгоритмы, коммуникации в вычислительной физике.
  17. ^ Гастон, Д., Л. Го, Х. Хуан, Р. Джонсон, Х. Парк, Р. Подгорни, М. Тонкс и Р. Уильямсон. 2010. Параллельные алгоритмы и программное обеспечение для ядерных, энергетических и экологических приложений. Часть II: Мультифизическое программное обеспечение, коммуникации в вычислительной физике.
  18. ↑ Подгорни, Р.К., Г. Гуннарссон и Х. Хуанг, 2011, Численное моделирование поведения обратной закачки жидкости в зависимости от температуры, геотермальное поле Хеллишейди, юго-западная Исландия, 35-е ежегодное собрание Совета по геотермальным ресурсам, Сан-Диего, Калифорния, 23–26 октября 2011 г.
  19. ^ Хуанг, Х., П. Микин, Подгорни, Р.К., С. Дэн и К. Лу. 2011 г., Физическое моделирование трещиноватости и эволюции проницаемости в инженерных геотермальных системах, 35-е ежегодное собрание Совета по геотермальным ресурсам, Сан-Диего, Калифорния, 23–26 октября 2011 г.
  20. ^ Подгорни, Р.К., К. Лу и Х. Хуанг. 2012, Термогидромеханическое моделирование закачки рабочей жидкости и извлечения тепловой энергии в трещинах EGS и матрице горных пород, 37-й Стэнфордский геотермальный семинар, Стэнфорд, Калифорния, февраль 2012 г.
  21. ^ Подгорни, Р.К., Х. Хуанг и Д. Гастон, 2010, FALCON: Гибридная модель, основанная на физике конечных элементов и дискретных элементов, для одновременного решения полностью связанного многофазного потока жидкости, переноса тепла, деформации горных пород и разрушения, 34-е заседание Совета по геотермальным ресурсам. Ежегодное собрание, Сакраменто, Калифорния, 24–27 октября 2010 г.
  22. ^ Подгорни, Р.К., Х. Хуанг и Д. Гастон, 2010, Физическое моделирование связанных термо-гидро-механических проблем в геологических средах: применение для усовершенствованной геотермальной системы, Ежегодное собрание Геологического общества Америки, Денвер, Колорадо, октябрь 31 ноября. 3, 2010 г.
  23. ^ [3] [ мертвая ссылка ]
  24. ^ Го, Л.; Хуанг, Х.; Гастон, Д.; Редден, Джорджия; Фокс, DT; Фудзита, Ю. (2010). «Моделирование реактивного переноса фронтов реакции индуцированного осаждения кальцита». Тезисы осеннего собрания АГУ . 2010 . Adsabs.harvard.edu. Бибкод : 2010AGUFM.H51C0911G .
  25. ^ «Обзор — документация RAT 1.0» . rat.readthedocs.io .
  26. ^ «ROOT — платформа анализа данных | ROOT — платформа анализа данных» . root.cern.ch. ​
  27. ^ «Обзор | geant4.web.cern.ch» . geant4.web.cern.ch .
  28. ^ «Обновление НИАМС» (PDF) . Ipd.anl.gov . Апрель 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 24 декабря 2016 г. Проверено 27 сентября 2016 г.
  29. ^ [4] [ мертвая ссылка ]
  30. ^ «Обновление НИАМС» (PDF) . Ipd.anl.gov . Январь 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 25 декабря 2016 г. Проверено 27 сентября 2016 г.
  31. ^ [5] [ мертвая ссылка ]
  32. ^ «Microsoft Word — Демонстрация проблемы установившегося питания с использованием RELAP7 r3.docx» (PDF) . Inl.gov . Проверено 27 сентября 2016 г.
  33. ^ [6] [ мертвая ссылка ]
  34. ^ Х. Парк, Д. Гастон, С. Кадиуглу, Д. Нолл, Д. Лебрен-Гранди, Р. Мартино и В. Тайтано», «Тесносвязанное мультифизическое моделирование для реакторов с галечным слоем», Международная конференция Американского ядерного общества, 2009 г. Достижения в области математики, вычислительных методов и реакторной физики, Саратога-Спрингс, Нью-Йорк, 3–7 мая 2009 г.
  35. ^ [7] [ мертвая ссылка ]

Ссылки

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=MOOSE_(software)&oldid=1217770920"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: e5cb6ca718b623cc672a73e1de1ada6f__1712508780
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/e5/6f/e5cb6ca718b623cc672a73e1de1ada6f.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
MOOSE (software) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)