Украинский проект "Математическое моделирование движения дислокаций в кристалле", Физика твердых тел Налаштування

[crystal]

Добрый день! Я аспирант физико-математического факультета, предлагаю Вам на рассмотрение следующий проект:

Название проекта: Математическое моделирование движения дислокаций в кристалле.
Бета название проекта распределенных вычислений: crystal@home

Теоретическое описание:

Динамическое поведение дислокаций определяющим образом влияет на состояние структуры кристаллических твердых тел, которая в свою очередь определяет как их пластические свойства, так и диссипативные процессы, происходящие в них. В связи с этим закономерности динамики дислокаций важны при прогнозировании и управлении многими физическими свойствами кристаллов. В частности, понимание дислокационных механизмов диссипации энергии необходимо при создании материалов для упругих колебательных систем с малой диссипацией, при разработке высокодемпфирующих материалов. Несмотря на почти полувековую историю изучения динамики дислокаций, имеющиеся в настоящее время как прямые, так и косвенные экспериментальные методы ее изучения не позволяют получить о ней исчерпывающую информацию. При этом, сопоставление результатов по динамике дислокаций, полученных различными методиками, как правило, связано с рядом сложностей, обусловленных влиянием особенностей экспериментальных условий конкретной методики на динамическое поведение дислокаций. Данный проект посвящен анализу динамики дислокаций численными методами.

Практическое применение:

Влияние дислокаций и других дефектов на механические свойства
материалов и на процесс деформирования.

Изучение дефектов кристаллов имеет важное практическое значение, так как механические свойства твёрдых тел, их пластичность, сопротивление деформированию связаны с дислокациями и другими дефектами в кристаллах. Экспериментальное изучение механических свойств материалов показывает, что чистые металлы в большинстве являются мягкими и пластичными. Пластичность кристаллов, их относительно малая прочность определяется возникновением
дислокаций в процессе роста кристалла. При группировке точечных дефектов образуются микротрещины. Хрупкое разрушение происходит в том случае, если пластическое течение затруднено в виду затруднения дислокаций микротрещинами и другими дефектами, присутствующими в исходном состоянии и возникающими в процессе деформации. В практике обращает на себя внимания и такой вид разрушений, как усталостное. Усталость - это вид разрушения материала, происходящего в течение продолжительного времени под действием периодически изменяющихся нагрузок при таких напряжениях, которые не приводят к разрушению при статических нагрузках.

В настоящее время хорошо известны основные особенности усталости и меры, которые должны быть приняты для предотвращения её появления. Острые надрезы и переходы на поверхности, отверстия под заклёпки, царапины, коррозия приводят к заметному снижению усталостной прочности машин. Хорошее качество поверхности и защита от коррозии способствует увеличению сопротивления усталости. Однако, несмотря на наличие таких эффективных средств исследования, как электронная микроскопия, многое в механизме усталости остаётся неясным. Усталость является особенно серьёзной проблемой для металлов и сплавов, так как эти материалы широко используются в машинах и конструкциях, подвергающихся действию периодически меняющихся нагрузок. Итак, на прочность кристаллических материалов влияют дислокации, их движение и взаимодействие, а также другие дефекты, встречающиеся в кристаллах.

Повышение прочности материалов Дислокации и их движение оказывают большое влияние на прочность материалов, снижая их сопротивление деформированию, делая их пластичнее. Однако взаимодействие дислокаций между собой, а также с препятствиями другой природы уменьшает подвижность дислокаций. Это приводит к уменьшению пластичности и к повышению прочности материалов. Можно графически представить влияние дислокации на сопротивление сдвигу (рис. 1).

Здесь по оси абсцисс отложена плотность дислокаций, а по ординате - сопротивление сдвигу. Минимальное сопротивление сдвигу определяется некоторой критической плоскостью дислокации ркр, приближённо оцениваемой 107-10 8 см -2. из анализа этой кривой следует, что можно повышать прочность, повышая плотность дислокаций. Этот способ повышения прочности называют наклёпом. При наклёпе в результате взаимодействия дислокаций их дальнейшее движение затрудняется. Наклёп проводят, накатывая заготовку между валками. Валки оказывают на заготовку большое давление и раскатывают её в плоские листы. В результате этого увеличивается число дислокаций, а следовательно у этих листов повышается сопротивления пластической деформации. Если продолжить анализ кривой, то можно сделать вывод, что прочность можно повысить и другим способом, уменьшая плотность дислокаций, приготовляя образцы металлов в виде очень тонких нитей (толщина 2-10мм), так называемых усов, удалось поднять прочность в чистой меди, например, до 7*109н/м2, против реальной величины сопротивления сдвигу 105 н/м2.

Таким образом, изучение структуры твёрдого тела и улучшение на этой основе тех или иных механических свойств материалов в зависимости от их практического назначения приводят к качественному изменению самих материалов, к прочности и долговечности конструкций и машин.


Системные требования: проект представляет из себя множество небольших программ, задача которых заключается в вычислении точек для построения графика зависимости внутреннего трения и дефекта модуля упругости от амплитуды внешнего напряжения и относительной доли фазы с большой вязкостью при разных значениях амплитуды и вязкости.

Процессор: ориентировочное время расчета одного задания на процессорном ядре вычислительной мощностью 7 Гигафлопс – 72 часа, (вычислительная мощность процессора полученная на основе данных программы http://www.overclockers.ru/softnews/34179/...rabotchika.html).

Память (ОЗУ): каждая программа занимает около 700 кб памяти.

Жесткий диск: расчетного задания: 225 кб, с результатами 1,2 Мб. Итого расчетное задание + результаты = 1,37 Мб

Поддержка видеокарт: нет

На основе полученных данных будут опубликованы статьи в научных журналах, в том числе зарубежных.

Задачи, для практической реализации проекта:

Необходимо написать программу – клиент, алгоритм работы которой заключается в следующем:

1. На сервер выкладывается готовые задания (вручную)
2. Программа оболочка зарегистрированного пользователя запрашивает с сервера задания, которые загружаются на компьютер пользователя и запускаются
3. По окончанию выполнения задания формируются файлы с результатами, которые вместе с самой программой-заданием загружается программой-клиентом на сервер.
4. По результатам загрузки задания – начисление очков.

Итого: необходимо поднять сервер и сделать программу-клиент оболочку с вышеперечисленными функциями.

Из за особенностей работы алгоритма программы возможность интеграции в платформу BOINC не рассматривается в связи с несравнимо бОльшим объемом работы и необходимостью кардинально менять алгоритм работы программы.

Расчетное время проекта зависит напрямую от вычислительной мощности задействованных компьютеров, в общем виде можно представить так:

200 000 часов - 7 Гигафлопс

20 000 часов - 70 Гигафлопс

2 000 часов - 700 Гигафлопс

Таки образом, если суммарная мощность компьютеров, принимающих работу в проекте достигнет 700 гигафлопс, цели проекта могут быть достигнуты за 83 дня (2000 часов/24 часа)

По итогам расчетов Ваши имена (или https://distributed.org.ua) могут быть названы в разделе благодарности в опубликованных статьях (например, по количеству набранных очков).

Проект не коммерческий, оплату работы хостинга сервера беру на себя.

Любые конструктивные предложения приветствуются.