Fasfältsresultat producerade med hjälp av MOOSE fasfältsmodulen. Kredit:Permann et al.
Under de senaste decennierna, tekniska framsteg har öppnat nya spännande möjligheter för forskning inom en mängd olika områden, inklusive fysik. Ändå, Att skapa sofistikerade simuleringar för att representera eller ta itu med multifysiska problem med hjälp av datorresurser kan fortfarande vara mycket utmanande.
Multifysikproblem binder samman ämnen från olika delområden av fysiken, som typiskt sett bygger på olika teoretiska konstruktioner och kunskaper. Därför, Att skapa en multifysisk simulering kräver ofta en mängd olika simuleringsverktyg utvecklade av forskare som är experter på olika fysikunderområden.
Att kombinera dessa verktyg kan vara både utmanande och tidskrävande. Dessutom, de resulterande multifysiksimuleringarna kommer oundvikligen att vara mer benägna för fel, eftersom de kommer att behöva införliva element skapade med helt olika plattformar.
Medveten om dessa utmaningar, forskare vid Idaho National Laboratory och University of Texas i Austin utvecklade en ny plattform utformad för att underlätta produktionen av multifysiska simuleringar, kallas den multifysiska objektorienterade simuleringsmiljön (MOOSE). ÄLG, presenteras i en tidning förpublicerad på arXiv, tillhandahåller en plugin-infrastruktur som avsevärt förenklar fysikdefinitioner eller konstruktioner, materialegenskaper och efterbearbetning.
Dendritisk kristalltillväxtsimulering skapad med hjälp av ÄLG. Kredit:Xia et al.
"MOOSE kom till för att vi ville använda vår expertis inom mjukvaruarkitektur för att skapa en kraftfull, men lättanvänt verktyg för beräkningsforskare och forskare, " Cody J. Permann, en av forskarna som genomförde studien, berättade för TechXplore. "Vi kände att det fanns en möjlighet att ta nästa logiska steg, bygger på arbetet från många andra högt respekterade forskare som ansvarar för utvecklingen av kraftfulla parallelllösare (PETSc) och ett flexibelt finita elementbibliotek (libMesh)."
MOOSE är en pluggbar arkitektur på hög nivå som låter ingenjörer och forskare utnyttja kraften hos stora superdatorer när de försöker lösa komplexa verkliga problem, även om de har liten eller ingen kunskap om parallellprogrammeringstekniker. Sedan lanseringen 2014, det har konsekvent vuxit i popularitet, och den används nu av flera forskarlag världen över.
"Medan det finns andra paket med öppen källkod som har liknande mål, MOOSE innehåller flera unika möjligheter som gör det till ett attraktivt ramverk för att lösa många typer av problem, " Permann förklarade. "MOOSE ger utvecklare kraft genom att ge dem en riktig C++-applikation som de kan anpassa för individuella behov."
Bland annat, den unika plattformen som utvecklats av Permann och hans kollegor tillåter forskare att skapa kopplade simuleringar genom att knyta ihop flera fysikapplikationer. Den innehåller också en uppsättning gratis, samhällsbyggda och underhållna fysikmoduler som kan användas som byggstenar för att producera mycket komplexa multifysiksimuleringar.
3D Spinodal nedbrytningssimulering skapad med MOOSE. Kredit:Gaston et al.
"MOOSE har utnyttjats för att skapa ett brett utbud av simuleringar, allt från mikroskopiska simuleringar av bränsle inuti en kärnreaktor till storskaliga miljösimuleringar som studerar effekterna av gruvdrift, sa Permann.
ÄLG har redan använts av forskarlag som genomför studier som undersöker en mängd olika ämnen, inklusive kärnfysik, geotermisk vetenskap, seismiska händelser, vätskeflöde och tillverkningsprocesser. Plattformen kan skalas upp för att producera högfientlighetssimuleringar på stora superdatorer, men det kan också enkelt användas av doktorander för att skapa kvalitetssimuleringar som sammanfattar studieresultat på sina bärbara datorer. Eftersom MOOSE är gratis och kan nås på en mängd olika datorer, det ger i slutändan forskare med olika kompetensnivåer och vid olika institutioner möjlighet att producera resultat av publikationskvalitet på kortare tid och med mindre budgetar.
"Vi har flera förbättringar planerade för att förbättra parallell effektivitet och minska minnesanvändningen. Vi utvecklar flera nya fysikmoduler, tillsammans med förbättringar av de befintliga modulerna, ", sa Permann. "ÄLG används i stor utsträckning av forskare vid flera universitet, och vi uppmuntrar forskare att bidra med generella förmågor tillbaka till ramverket så att hela modellerings- och simuleringssamhället gynnas."
© 2019 Science X Network
