Kierownik: mgr inż. Mateusz Sitko.
Koncepcja modelowania numerycznego w oparciu o cyfrową reprezentację materiału, gdzie w sposób bezpośredni uwzględnione są elementy mikrostrukturalne (ziarna, granice ziaren, wydzielenia, wtrącenia, granice faz itp.), jest obecnie bardzo dynamicznie rozwijana w wiodących ośrodkach naukowych. Symulacje oparte o takie podejście pozwalają analizować zachowanie materiału w warunkach, które nie były możliwe do monitorowania w przypadku podejść konwencjonalnych, opisujących mikrostrukturę w sposób uśredniony. Koncepcja cyfrowej reprezentacji materiału zapewnia również możliwość prowadzenia symulacji rozwoju mikrostruktury podczas różnych procesów kształtowania plastycznego i obróbki cieplnej z wykorzystaniem modeli analizy dyskretnej np. automatów komórkowych. Warto podkreślić, iż niejednokrotnie niewielkie zmiany warunków procesu wpływają w kolosalnym stopniu na zachowanie mikrostruktury a co za tym idzie na końcowe właściwości eksploatacyjne danego produktu. Wykorzystując symulacje oparte o cyfrową reprezentację materiału i automaty komórkowe możliwe jest bardzo dokładne odwzorowanie mechanizmów kontrolujących ewolucję morfologii mikrostruktury w sposób bezpośredni gdzie naocznie można prześledzić zachowanie wszystkich istotnych elementów. W literaturze można znaleźć bardzo wiele prac poświęconych takim rozwiązaniom, jednakże cechują się one bardzo dużą złożonością obliczeniową co ogranicza ich praktyczne zastosowanie do projektowania nowoczesnych technologii odkształcenia materiałów, a co za tym idzie ich wdrożenie do przemysłu jest praktycznie niemożliwe. Eliminacja problemu dużej złożoności obliczeniowej jest natomiast możliwa w dwojaki sposób. Pierwszym jest zastosowanie innowacyjnego podejścia opartego na idei automatów frontalnych, w których obliczenia wykonywane są tylko w konkretnych obszarach mikrostruktury, na przykład na frontach przemieszczających się granic ziaren. Drugim rozwiązaniem jest wykorzystanie możliwości jakie zapewniają nowoczesne centra obliczeniowe połączone szybką siecią Internet. Wyposażone są one w setki a czasem i tysiące jednostek obliczeniowych, zapewniając olbrzymie moce do analizy numerycznej.
W niniejszym projekcie wykorzystano drugie podejście oparte na idei obliczeń równoległych oraz rozproszonych. W ramach projektu wykonano zatem serię badań o charakterze podstawowym, w skład których wchodziło: opracowanie dedykowanych algorytmów do obliczeń wysokiej wydajności, opracowanie oraz implementacja mechanizmów do podziałów domeny obliczeniowej, komunikacji oraz synchronizacji obliczeń na jednostkach logicznych i fizycznych (Rys. 1).
W rezultacie uzyskano możliwość prowadzenia obliczeń równoległych na ogromnej liczbie jednostek obliczeniowych co pozwoliło w sposób znaczący zredukować czas symulacji. Obecnie obliczenia równoległe/rozproszone mogą być przeprowadzane na dwóch typach jednostek obliczeniowych: procesorach wielordzeniowych oraz klastrach obliczeniowych również funkcjonujących w środowiskach przetwarzania sieciowego tzw. gridach. W ramach niniejszego projektu opracowano i zaimplementowano rozproszoną wersję modelu rozwoju mikrostruktury podczas zjawiska rekrystalizacji statycznej na bazie metody automatów komórkowych. Zrealizowane prace pozwoliły na znaczące przyspieszenie obliczeń opartych na tej metodzie.
Wydajne modele pozwolą w przyszłości rozszerzyć możliwości wspomagania opracowania technologii wytwarzania różnych komponentów o kontrolowanych własnościach z nowoczesnych stopów metali.
Praca została wykonana z wykorzystaniem Infrastruktury PLGrid.