О ВЫБОРЕ МЕТОДА РОЗЫГРЫША СВОБОДНОГО ПРОБЕГА ПРИ РЕШЕНИИ НЕСТАЦИОНАРНОГО УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГРАФИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЕЙ (2024)
В работе рассматриваются вопросы математического моделирования процесса нестационарного переноса рентгеновского излучения. Данный процесс формализован в виде начально-краевой задачи для уравнения переноса излучения, которая решается весовым методом Монте-Карло. Обсуждаются вопросы реализации предложенного метода при помощи поточно-параллельных вычислений на графическом процессоре (GPU).
Идентификаторы и классификаторы
Моделирование процессов переноса и взаимодействия излучения с веществом играет важную роль во многих областях, таких как астрофизика, оптика, томография
и т.д. [1–3]. Основной математической моделью, описывающей распространение излучения в неоднородных средах является интегро-дифференциальное уравнение переноса излучения, которое с достаточной степенью точности моделирует процесс
рассеяния и поглощения излучения в веществе [4, 5]. Однако в общем случае это
уравнение не имеет аналитического решения. Существует ряд эмпирических и полуаналитических подходов для приближенного решения уравнения переноса, но все
они имеют сильные ограничения на структуру среды или поведение коэффициентов уравнения [6–9].
Список литературы
-
Bal G., “Inverse transport theory and applications”, Inverse Problems, 25:5, (2009), 025019. EDN: MXWGHT
-
Прохоров И.В., Сущенко А.А., “Исследование задачи акустического зондирования морского дна методами теории переноса излучения”, Акустический журнал, 61:3, (2015), 400-408. EDN: TPWXNR
-
Аниконов Д.С., Ковтанюк А.Е., Прохоров И.В., Использование уравнения переноса в томографии, Логос, М., 2000.
-
Фано У., Спенсер Л., Перенос гамма излучения, Госатомиздат, М., 1963.
-
Черчиньяни К., Теория и приложения уравнения Больцмана, Мир, М., 1978.
-
Будак В.П., Савенков В.И., “О новом решении уравнения переноса излучения в рамках малоуглового приближения”, Тp. Моск. энерг. ин-т, Вып. 591, (1982), 141-144.
-
Стрелков С.А., Сушкевич Т.А., Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша 65, 1988.
-
Радиационный перенос в рассеивающей и поглощающей атмосферах: стандартные вычислительные процедуры, ред. Ж. Ленобль, Deepak Publishing, 1990.
-
Ямщиков В.М., “Аналитическое решение задачи о переносе немонохроматического направленного излучения в резонансно поглощающей среде”, Оптика и спектроскопия, 131:5, 705-710.
-
Марчук Г.И., Михайлов Г.А., Назаралиев М.А., Метод Монте-Карло в атмосферной оптике, Наука, Новосибирск, 1976. EDN: SKJLZB
-
Соболь И.М., Численные методы Монте-Карло, Наука, Москва, 1973.
-
Михайлов Г.А., Медведев И.Н., Оптимизация весовых алгоритмов статистического моделирования, Омега Принт, Новосибирск, 2011.
-
Боресков А.В., Харламов А.А., Основы работы с технологией CUDA, ДМК Пресс, М., 2010. EDN: SURUPJ
-
Жуковский М.Е., Усков Р.В., "Моделирование взаимодействия гамма-излучения с веществом на гибридных вычислительных системах", Математическое моделирование, 23:7, (2011), 20-32. EDN: RXPNDD
-
Alerstam E., Svensson T., Andersson-Engels S., "Parallel Computing with Graphics Processing Units for High-Speed Monte Carlo Simulation of Photon Migration", Journal of biomedical optics., 13:6, (2008), 060504.
-
Усков Р.В., "О некоторых особенностях применения технологии CUDA для моделирования переноса излучения", Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия "Естественные науки", 2011, № 3, 71-83. EDN: OIFZFH
-
MC GPU project, Monte Carlo simulation of x-ray transport in a GPU with CUDA, http://code.google.com/p/mcgpu/.
-
Periyasamy V., Pramanik M., "Advances in Monte Carlo Simulation for Light Propagation in Tissue", IEEE Reviews in Biomedical Engineering, 2017, 1-11.
-
Russkova T., "Monte Carlo Simulation of the Solar Radiation Transfer in a Cloudy Atmosphere with the Use of Graphic Processor and NVIDIA CUDA Technology", Atmospheric and Oceanic Optics, 31, (2018), 119-130. EDN: WTOKYI
-
Четверушкин Б.Н., Марков М.Б., Усков Р.В., "О распараллеливании метода частиц для гибридного суперкомпьютера", Доклады Российской академии наук. Математика, информатика, процессы управления, 2022, № 505, 19-23. EDN: WSCWUJ
-
Fetisov, "X-ray diffraction methods for structural diagnostics of materials: progress and achievements", Physics-Uspekhi, 63:1, (2020), 2-32. EDN: BBIQBF
-
Кузнецов В.С., Николаева О.В., Басс Л.П., Быков А.В., "Моделирование распространения ультракороткого импульса света через сильно рассеивающую среду", Математическое моделирование, 21:4, (2009), 3-14. EDN: RXPIRT
-
Prokhorov I.V., Yarovenko I.P., "Determination of the attenuation coefficient for the nonstationary radiative transfer equation", Comput. Math. Math. Phys., 61:12, (2021), 2088-2101. EDN: HCTXTK
-
Yarovenko I.P., Kazantsev I.G., "An extrapolation method for improving the linearity of CT-values in X-ray pulsed tomography", Дальневост. матем. журн., 22:2, (2022), 269-275. EDN: VYPJKB
-
Coleman W.A., "Mathematical verification of a certain Monte Carlo sampling technique to radiation transport problems", Nucl. Sci. Eng., 32:1, (1968), 76-81.
-
Михайлов Г.А., Аверина Т.А., "Алгоритм максимального сечения в методе Монте- Карло", Доклады Академии наук, 428:2, (2009), 163-165. EDN: KWIPRR
-
Антюфеев В.С., "К обоснованию модификации метода максимального сечения", Вычислительные технологии, 17:2, (2012), 13-19. EDN: OWUBTN
-
Прохоров И.В., Жуплев А.С., "Об эффективности методов максимального сечения в теории переноса излучения", Компьютерные исследования и моделирование, 5:4, (2013), 573-582. EDN: RVBMLH
Выпуск
Другие статьи выпуска
В работе изучаются числа с заданным окончанием разложения по линейной рекуррентной последовательности. С использованием теории фракталов Рози получено описание возможных плотностей таких чисел, а также возможных первых разностей между ними.
Рассмотрен анализ задач оптимального управления для нелинейной системы, моделирующей нестационарный сложный теплообмен с френелевскими условиями сопряжения на поверхностях разрыва коэффициента преломления. Представлены оценки решения начально-краевой задачи, разрешимость задач управления и выведены условия оптимальности, приводящие к релейности оптимального управления.
Методом Метрополиса в системе Изинг-подобных точечных диполей, расположенных на ребрах простой кубической решетки, получено температурное поведение теплоемкости, намагниченности и магнитной восприимчивости в модели, учитывающей только ближние диполь-дипольные взаимодействия, а также модели с ограниченным дальним радиусом взаимодействия. В системе присутствуют три термодинамические магнитные фазы: дальний порядок, ближний порядок и беспорядок. Фаза дальнего порядка в модели ближайших соседей отсутствует. Фаза ближнего порядка характеризуется высоким уровнем энтропии, наведенной геометрией решетки. Внешнее магнитное поле вдоль одной из базисных осей приводит к конкуренции параметров порядка в модели с ограниченным дальним радиусом взаимодействия и к исчезновению остаточной энтропии в модели учитывающей только ближние взаимодействия. Показана нелинейная зависимость критической температуры теплоемкости от концентрации разбавления системы немагнитными вакансиями в модели с ближними взаимодействиями.
В работе изучаются проективные и инъектиные унары, а также унары, удовлетворяющие условиям, являющимся ослаблениями понятий проективности и инъективности. А именно, приводится алгебраическое описание проективных, слабо-, квази- и псевдопроективных унаров; инъективных, слабо-, квази- и псевдоинъективных унаров.
В работе дано описание ассоциированных пространств и вторых ассоциированных пространств к пространству Харди на Rn. Доказаны также некоторые результаты об ассоциированных пространствах к пространству BMO(Rn).
В работе рассматриваются задачи о сопряжении тонких упругих и жестких включений с возможным отслоением в упругих телах при наличии трещины. На трещине и в точке пересечения трещины с тонким включением используются краевые условия в виде неравенств, исключающие взаимное проникание берегов трещин и тонких включений. Установлены существование и единственность решения задач. Доказана эквивалентность двух постановок: вариационной и дифференциальной. Исследован предельный переход по параметру жесткости тонкого упругого включения.
В связи с актуальной проблемой уменьшения влияния вредных выбросов на состояние атмосферы городской среды представлена модель оптимального управления режимом работы источников загрязнения атмосферы мегаполиса. Модель предлагает математический алгоритм «справедливого» распределения выбросов в период неблагоприятных метеоусловий (НМУ), наиболее привлекательный для улучшения качества состояния атмосферы. Конструкция алгоритма основана на разработанной ранее оптимизационной математической модели распределения ограниченного ресурса социально-экономического содержания между группами людей, находящихся в дифференцируемых условиях.
В настоящей работе получены точные неравенства между наилучшими приближениями аналитических в единичном круге функций и обобщенными модулями непрерывности m-го порядка в весовом пространстве Бергмана B2,γ. Вычислены точные значения n-поперечников некоторых классов функций в весовом пространстве Бергмана.
В настоящей работе доказывается следующий результат. Число шагов в алгоритме Евклида для двух натуральных аргументов, меньший из которых имеет v цифровых разрядов в десятичной системе счисления, не превосходит целой части от дроби (v+lg(5√/Φ))/lgΦ, где Φ=(1+5√)/2, причем эта оценка достигается при каждом натуральном v. Доказывается также, что для двух других известных верхних оценок длины алгоритма Евклида справедливы частичная или асимптотическая достижимости.
Рассматривается быстропротекающий трехмерный процесс консолидации слоя металла, сформированного с использованием аддитивной лазерной технологии. В основу математической модели положены уравнения равновесия с вязкоупрогопластической реологической моделью и уравнение энергии с учетом диффузионных, конвективных и радиационных потерь. Численное решение задачи производится методом конечных элементов с использованием адаптационного алгоритма построения сеточной области в функции от градиента температуры в несвязанной постановке с решением дискретных уравнений нестационарной теплопроводности и термомеханики. Алгоритм учитывает движение источника тепла с заданной скоростью путем применения технологии «исключения» и последующего «возрождения» части материала. Непрерывное наращивание материала производится дискретно, на каждом шаге расчета, соответствующем «возрождению» очередной подобласти из «исключенных» элементов. Проводится верификация и валидация численного алгоритма. Показано влияние последовательной стратегии наращивания пяти слоев металла на распределение эффективных напряжений.
Рассматривается трехмерный конвективный тепломассоперенос в ванне расплава металла под действием движущегося лазерного источника тепла. В основу математической модели с лагранжевым описанием положены уравнения Навье-Стокса, неразрывности и энергии с учетом диффузионных, конвективных и радиационных тепловых потерь. Зависящие от температуры поверхностные эффекты учитываются с использованием поверхностного натяжения (сил Марангони) при динамическом контактном угле на движущейся линии трехфазного контакта. Численное решение задачи производится методом конечных элементов с дивергентно устойчивой аппроксимацией основных переменных. Интегрирование кинематических и динамических условий на свободной поверхности производится по схеме Ньюмарка-Бассака. Производится верификация и валидация предложенного численного алгоритма. Показано влияние определяющих параметров процесса (мощности и скорости сканирования лазера) на геометрические размеры ванны с расплавом.
Рассматриваются задачи проектирования многослойных маскировочных оболочек для 2D-модели электропроводности. Предполагается, что эти оболочки состоят из конечного числа кольцевых слоев, заполненных изотропными средами. С использованием оптимизационного метода рассматриваемые задачи сводятся к экстремальным задачам и исследуются свойства их решений. Развивается эффективный численных алгоритм, основанный на методе роя частиц (МРЧ). Обсуждаются результаты проведенных вычислительных экспериментов.
Издательство
- Издательство
- ДВФУ
- Регион
- Россия, Владивосток
- Почтовый адрес
- 690922, Приморский край, г. Владивосток, о. Русский, п. Аякс, 10
- Юр. адрес
- 690922, Приморский край, г. Владивосток, о. Русский, п. Аякс, 10
- ФИО
- Коробец Борис Николаевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rectorat@dvfu.ru
- Контактный телефон
- +7 (423) 2652429
- Сайт
- https://dvfu.ru