MOOSE:En platform til at skabe komplekse multifysiske simuleringer

I de seneste årtier har teknologiske fremskridt har åbnet spændende nye muligheder for forskning inden for en række forskellige områder, herunder fysik. Ikke desto mindre, Det kan stadig være meget udfordrende at skabe sofistikerede simuleringer til at repræsentere eller løse multifysiske problemer ved hjælp af computerressourcer.

Multifysiske problemer binder emner fra forskellige underområder af fysik sammen, som typisk er baseret på forskellige teoretiske konstruktioner og viden. Derfor, at skabe en multifysisk simulering kræver ofte en række simuleringsværktøjer udviklet af forskere, der er eksperter inden for forskellige fysikunderområder.

At kombinere disse værktøjer kan være både udfordrende og tidskrævende. Ud over, de resulterende multifysiske simuleringer vil uundgåeligt være mere tilbøjelige til fejl, da de bliver nødt til at inkorporere elementer skabt ved hjælp af helt andre platforme.

Er klar over disse udfordringer, forskere ved Idaho National Laboratory og University of Texas i Austin udviklede en ny platform designet til at lette produktionen af ​​multifysiske simuleringer, kaldet det multifysiske objektorienterede simuleringsmiljø (MOOSE). ELG, præsenteret i et papir, der er forududgivet på arXiv, giver en plug-in-infrastruktur, der i høj grad forenkler fysikdefinitioner eller -konstruktioner, materialeegenskaber og efterbehandling.

"MOOSE blev til, fordi vi ønskede at anvende vores ekspertise inden for softwarearkitektur til at skabe en kraftfuld, men letanvendeligt værktøj til beregningsforskere og videnskabsmænd, " Cody J. Permann, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Vi følte, at der var en mulighed for at tage det næste logiske skridt, bygger på arbejdet fra mange andre højt respekterede forskere, der er ansvarlige for udviklingen af ​​kraftfulde parallelløsere (PETSc) og et fleksibelt finite element-bibliotek (libMesh)."

MOOSE er en pluggbar arkitektur på højt niveau, der gør det muligt for ingeniører og videnskabsmænd at udnytte kraften fra store supercomputere, når de forsøger at løse komplekse problemer i den virkelige verden, selvom de har ringe eller ingen viden om parallel programmeringsteknikker. Siden udgivelsen i 2014, det er konsekvent vokset i popularitet, og det bruges nu af flere forskerhold verden over.

"Selvom der er andre open source-pakker, der har lignende mål, MOOSE indeholder flere unikke muligheder, der gør det til en attraktiv ramme for løsning af mange typer problemer, " Permann forklarede. "MOOSE styrker udviklere ved at give dem en ægte C++-applikation, som de kan tilpasse til individuelle behov."

Blandt andet, den unikke platform udviklet af Permann og hans kolleger giver forskere mulighed for at skabe koblede simuleringer ved at binde flere fysikapplikationer sammen. Den indeholder også et sæt gratis, samfundsbyggede og vedligeholdte fysikmoduler, der kan bruges som byggesten til at producere meget komplekse multifysiske simuleringer.

"MOOSE er blevet udnyttet til at skabe en bred vifte af simuleringer lige fra mikroskopiske simuleringer af brændstof inde i en atomreaktor til storskala miljøsimuleringer, der studerer virkningerne af minedrift, sagde Permann.

MOOSE er allerede blevet brugt af forskerhold, der udfører undersøgelser, der undersøger en række forskellige emner, herunder kernefysik, geotermisk videnskab, seismiske hændelser, væskeflow og fremstillingsprocesser. Platformen kan skaleres op til at producere high-fidelity simuleringer på store supercomputere, men det kan også simpelthen bruges af kandidatstuderende til at skabe kvalitetssimuleringer, der opsummerer undersøgelsesresultater på deres bærbare computere. Da MOOSE er gratis og kan tilgås på en række forskellige computere, det giver i sidste ende forskere med forskelligt ekspertiseniveau og på forskellige institutioner mulighed for at producere resultater af publikationskvalitet på kortere tid og med mindre budgetter.

"Vi har planlagt adskillige forbedringer for at forbedre parallel effektivitet og reducere hukommelsesforbrug. Vi er ved at udvikle flere nye fysikmoduler, sammen med forbedringer af de eksisterende moduler, " sagde Permann. "ELG er meget brugt af forskere på flere universiteter, og vi opfordrer forskere til at bidrage med generelle kapaciteter tilbage til rammen, så hele modellerings- og simuleringsfællesskabet kommer til gavn."

© 2019 Science X Network