محاكاة متعددة الفيزياء

الموسوعة الحرة

في النمذجة الحاسوبية ، تُعرَّف محاكاة الفيزياء المتعددة (والتي تُختصر غالبًا إلى "الفيزياء المتعددة") بأنها محاكاة متزامنة لجوانب مختلفة من نظام فيزيائي أو أنظمة متعددة، والتفاعلات فيما بينها. [ 1 ] على سبيل المثال، تُعتبر المحاكاة المتزامنة للإجهاد الفيزيائي الواقع على جسم ما، وتوزيع درجة حرارته، والتمدد الحراري الذي يؤدي إلى تغير توزيعات الإجهاد ودرجة الحرارة، محاكاة فيزياء متعددة. [ 2 ] ترتبط محاكاة الفيزياء المتعددة بمحاكاة متعددة المقاييس، وهي محاكاة متزامنة لعملية واحدة على مقاييس زمنية أو مكانية متعددة. [ 3 ]

باعتبارها مجالاً متعدد التخصصات ، يمكن أن تشمل محاكاة الفيزياء المتعددة العديد من التخصصات العلمية والهندسية. وتشمل أساليب المحاكاة في كثير من الأحيان التحليل العددي ، والمعادلات التفاضلية الجزئية ، وتحليل الموترات . [ 4 ]

عملية محاكاة متعددة الفيزياء

يتبع تنفيذ محاكاة متعددة الفيزياء سلسلة نموذجية من الخطوات: [ 1 ]

  • حدد جوانب النظام المراد محاكاته، بما في ذلك العمليات الفيزيائية، وشروط البدء، والترابط أو الشروط الحدية بين هذه العمليات.
  • قم بإنشاء نموذج رياضي منفصل للنظام.
  • قم بحل النموذج عددياً .
  • قم بمعالجة البيانات الناتجة.

النماذج الرياضية

تُعدّ النماذج الرياضية المستخدمة في عمليات المحاكاة متعددة الفيزياء عمومًا مجموعة من المعادلات المترابطة. ويمكن تقسيم هذه المعادلات إلى ثلاث فئات وفقًا لطبيعتها ودورها المقصود: المعادلة الأساسية ، والمعادلات المساعدة ، والشروط الحدية/الابتدائية . تصف المعادلة الأساسية آلية أو عملية فيزيائية رئيسية. تُنفَّذ عمليات المحاكاة متعددة الفيزياء عدديًا باستخدام طرق التجزئة مثل طريقة العناصر المحدودة ، وطريقة الفروق المحدودة ، وطريقة الحجم المحدود . [ 5 ]

برمجة

يمكن إجراء عمليات المحاكاة متعددة الفيزياء داخل إطار عمل واحد للبرمجيات (تطبيق نهج متجانس من حيث البرمجيات )، أو عن طريق ربط رموز مستقلة يقوم كل منها بحساب جزء من حل مشكلة متعددة الفيزياء (نهج مقسم من حيث البرمجيات).

من أمثلة برامج المحاكاة التي تستهدف محاكاة الفيزياء المتعددة: OpenFOAM و COMSOL Multiphysics وإطار عمل MOOSE وغيرها. ومن أمثلة أدوات الربط: preCICE وواجهة Multiscale Universal Interface (MUI) وOpenPALM (CWIPI) وMpCCI.

تحديات محاكاة الفيزياء المتعددة

بشكل عام، تُعدّ محاكاة الفيزياء المتعددة أكثر صعوبة من محاكاة الجوانب الفردية للعمليات الفيزيائية. وتكمن المشكلة الإضافية الرئيسية في كيفية دمج الجوانب المتعددة للعمليات مع التعامل السليم مع التفاعلات فيما بينها. وتزداد هذه المشكلات تعقيدًا عند استخدام أنواع مختلفة من الطرق العددية لمحاكاة الجوانب الفيزيائية الفردية. على سبيل المثال، عند محاكاة مشكلة تفاعل المائع مع الهيكل باستخدام طريقة الحجم المحدود الإيلرية التقليدية للتدفق وطريقة العناصر المحدودة اللاغرانجية لديناميكيات الهيكل.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 ليو، تشن (2018). الفيزياء المتعددة في المواد المسامية . تشام، سويسرا: سبرينغر. ISBN 978-3-319-93028-2. OCLC 1044733613 . 
  2. ↑ "الفيزياء المتعددة تُدخل العالم الحقيقي في عمليات المحاكاة" . 16-03-2015 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-08-2018 .
  3. ↑ غروين، ديريك؛ زاسادا، ستيفان جيه؛ كوفيني، بيتر في. (مارس 2014). "دراسة استقصائية لتطبيقات ومجتمعات الحوسبة متعددة المقاييس والفيزياء المتعددة" . الحوسبة في العلوم والهندسة . 16 (2): 34-43 . arXiv : 1208.6444 . doi : 10.1109/mcse.2013.47 . ISSN 1521-9615 . S2CID 6301539 .  
  4. ↑ "التعلم والتواصل في الفيزياء المتعددة - الصفحة الرئيسية" . www.multiphysics.us . تاريخ الاسترجاع: 19 أغسطس 2018 .
  5. ↑ باجويل، سكوت؛ ليدجر، بول د؛ جيل، أنطونيو ج؛ ماليت، مايك؛ كرويب، مارسيل (2017-12-07). "إطار عمل خطي للعناصر المحدودة hp للربط الصوتي المغناطيسي الميكانيكي في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي المحورية المتناظرة" . المجلة الدولية للطرق العددية في الهندسة . 112 (10): 1323-1352 . doi : 10.1002/nme.5559 . S2CID 125715500 . 
  • سوزان ل. غراهام ، ومارك سنير، وسينثيا أ. باترسون (محررون)، الوصول إلى السرعة: مستقبل الحوسبة الفائقة، الملحق د . مطبعة الأكاديميات الوطنية، واشنطن العاصمة، 2004. ISBN 0-309-09502-6.
  • بول ليثبريدج، تحليل الفيزياء المتعددة ، ص 26، الفيزيائي الصناعي، ديسمبر 2004/يناير 2005،مؤرشف في: