- Компьютерное моделирование
-
Компьютерное моделирование краш-теста методом конечных элементов.
Компьютерная модель (англ. computer model), или численная модель (англ. computational model) — компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительных узлов), реализующая абстрактную модель некоторой системы. Компьютерные модели стали обычным инструментом математического моделирования и применяются в физике, астрофизике, механике, химии, биологии, экономике, социологии, метеорологии, других науках и прикладных задачах в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения и проч. Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для аналитического исследования.
Компьютерное моделирование является одним из эффективных методов изучения сложных систем. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить т. н. вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат. Логичность и формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.
Построение компьютерной модели базируется на абстрагировании от конкретной природы явлений или изучаемого объекта-оригинала и состоит из двух этапов — сначала создание качественной, а затем и количественной модели. Компьютерное же моделирование заключается в проведении серии вычислительных экспериментов на компьютере, целью которых является анализ, интерпретация и сопоставление результатов моделирования с реальным поведением изучаемого объекта и, при необходимости, последующее уточнение модели и т. д.
К основным этапам компьютерного моделирования относятся:
- постановка задачи, определение объекта моделирования;
- разработка концептуальной модели, выявление основных элементов системы и элементарных актов взаимодействия;
- формализация, то есть переход к математической модели; создание алгоритма и написание программы;
- планирование и проведение компьютерных экспериментов;
- анализ и интерпретация результатов[2].
Различают аналитическое и имитационное моделирование. При аналитическом моделировании изучаются математические (абстрактные) модели реального объекта в виде алгебраических, дифференциальных и других уравнений, а также предусматривающих осуществление однозначной вычислительной процедуры, приводящей к их точному решению. При имитационном моделировании исследуются математические модели в виде алгоритма(ов), воспроизводящего функционирование исследуемой системы путем последовательного выполнения большого количества элементарных операций.
Содержание
Практическое применение
Компьютерное моделирование применяют для широкого круга задач, таких как:
- анализ распространения загрязняющих веществ в атмосфере
- проектирование шумовых барьеров для борьбы с шумовым загрязнением
- конструирование транспортных средств
- полетные имитаторы для тренировки пилотов
- прогнозирование погоды
- эмуляция работы других электронных устройств
- прогнозирование цен на финансовых рынках
- исследование поведения зданий, конструкций и деталей под механической нагрузкой
- прогнозирование прочности конструкций и механизмов их разрушения
- проектирование производственных процессов, например химических
- стратегическое управление организацией
- исследование поведения гидравлических систем: нефтепроводов, водопровода
- моделирование роботов и автоматических манипуляторов
- моделирование сценарных вариантов развития городов
- моделирование транспортных систем
- имитация краш-тестов
- моделирование результатов пластических операций
Различные сферы применения компьютерных моделей предъявляют разные требования к надежности получаемых с их помощью результатов. Для моделирования зданий и деталей самолетов требуется высокая точность и степень достоверности, тогда как модели эволюции городов и социально-экономических систем используются для получения приближенных или качественных результатов.
Алгоритмы компьютерного моделирования
Моделирование на Викискладе? - Метод конечных элементов
- Метод конечных разностей
- Метод контрольных объёмов
- Метод подвижных клеточных автоматов
- Метод классической молекулярной динамики
- Метод дискретного элемента
- Метод компонентных цепей
- Метод узловых потенциалов
- Метод переменных состояния
См. также
Ссылки
Категории:- Компьютерное моделирование
- Научные исследования
Wikimedia Foundation. 2010.