автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Молекулярно-динамическое моделирование конденсированных систем с сильным взаимодействием в программном комплексе с удаленным доступом

На правах рукописи

УДК 517

РЫЖОВ Николай Анатольевич

МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СИСТЕМ С СИЛЬНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ

специальность 05.13.18 - математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена на кафедре прикладной математики и компьютерного моделирования Курганского государственного университета

Научный руководитель: д.ф.- м.н., проф. Воронова Лилия Ивановна

Официальные оппоненты: д.т.н., проф. Румянцев Игорь Андреевич

к.т.н., доц. Анисимов Андрей Владимирович

Ведущая организация: Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН

диссертационного совета К 212.199.02 при Российском государственном педагогическом университете им. А.И.Герцена по адресу:

191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д.48, корп.1, ауд. 226 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГПУ им. А.И.Герцена

Защита состоится

часов на заседании

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета

А. П. Емельянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие теории плотных газов и жидкостей позволило выявить основные черты этих состояний вещества. Однако, до сих пор нет последовательного аналитического метода получения макро- и микроскопических характеристик для плотных многочастичных систем, исходя из первых принципов. Это связано с трудностями математического характера, которые возрастают, если наряду с большой плотностью, система является сильновзаимодействующей, то есть в ней присутствует дальнодействующее кулоновское взаимодействие.

Создание новых металлических материалов с заранее заданными свойствами требует знания характеристик жидких фаз расплава (металла и шлака). Основа большинства металлургических шлаков - оксидные расплавы, относятся к неупорядоченным сильновзаимодействующим полимеризующимся системам, что существенно затрудняет их экспериментальное и теоретическое исследования. Этот разрыв успешно заполняет математическое моделирование с применением ЭВМ, в частности молекулярно-динамическое (МД) моделирование. При этом точность результатов зависит от вида математической модели и размерности (числа частиц N модельной системы.

Традиционный учет дальнодействия по методу Эвальда (вычислительная сложность с приемлемым временем моделирования ограничивает

размер системы несколькими тысячами. Распределение ресурсов позволяет снизить временные затраты на порядок, но и в рамках распределенного моделирования проблема разработки и реализации моделей, существенно минимизирующих затраты на учет дальнодействия, остается приоритетной.

Потребности новейших технологий в качестве составляющей включают использование компьютерного прогнозирования. Для его развития и широкого внедрения в практику необходимо обеспечить доступ через Интернет к программным комплексам с новейшими разработками в области компьютерного материаловедения всем заинтересованным специалистам.

Поэтому актуальной является задача разработки новых математических моделей, вычислительных методов, обеспечивающих увеличение быстродействия при МД-моделировании, и комплекса программ с возможностью удаленного доступа к ресурсам и результатам моделирования.

Цель и задачи работы

Целью работы является разработка математических моделей и создание программного комплекса с удаленным доступом для молекулярно-динамического моделирования конденсированных сильновзаимодействующих систем большой размерности. Для достижения цели были сформулированы

следующие задачи:

- разработать математическую модель учета дальнодействия на основе быстрого мультипольного метода (БММ) для повышения быстродействия численного эксперимента;

- реализовать модель расчета дальнодействия в режиме распределенных вычислений;

- разработать структуру распределенной информационно-исследовательской системы (ИИС) с удаленным доступом для проведения компьютерных экспериментов;

- разработать программу для интеграции базы данных экспериментов и программ для проведения вычислительных экспериментов с конденсированными системами с сильным взаимодействием;

- разработать подсистему удаленного доступа, реализующую web-интерфейс пользователя;

- осуществить тестирование системы, а также провести комплексное моделирование пяти составов бинарной системы и сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными.

Методы исследования

Поставленные в диссертационной работе задачи решаются на основе молекулярно-динамического метода, быстрого мультипольного метода, теории вероятностей и математической статистики. Научная новизна

В работе новыми являются следующие результаты:

- разработана математическая модель учета кулоновского взаимодействия для молекулярно-динамического моделирования систем большой размерности (до 105 частиц) с бесконечными периодическими условиями, имеющая вычислительную сложность O(N);

- разработан алгоритм и создана программа для реализации модели в распределенном режиме, допускающая ее использование в гетерогенной сети;

- спроектирована структура распределенной информационно-исследовательской системы с удаленным доступом, позволяющая проводить вычислительные эксперименты с конденсированными системами с сильным взаимодействием;

- разработана программа, обеспечивающая взаимодействие между системой управления базой данных и комплексом программ, обеспечивающих моделирование конденсированных систем с сильным взаимодействием;

- разработана и интегрирована в ИИС подсистема удаленного доступа для реализации компьютерного моделирования через сеть Интернет;

- в рамках созданного программного комплекса проведено комплексное моделирование системы получены корреляционные зависимости

состав-свойство. Проведена проверка соответствия полученных результатов имеющимся экспериментальным данным.

Теоретическая значимость работы

Разработанная математическая модель учета дальнодействия в конденсированных системах развивает метод молекулярной динамики и расширяет возможности его применения для моделирования систем большой размерности.

Увеличение размерности моделируемых систем до сотен тысяч частиц принципиально изменяет возможности формально-математического описания физико-химических явлений в системах с сильным взаимодействием, позволяя исследовать фундаментальную проблему взаимосвязи структура-свойство, с учетом структурных образований с размерами порядка нанометров.

Практическая значимость работы

Разработка комплекса программ для распределенного моделирования систем большой размерности существенно расширяет возможности вычислительного эксперимента в физической химии оксидных расплавов и позволяет увеличить производительность при проведении вычислительных экспериментов.

Разработка и интеграция системы удаленного доступа к ИИС предоставляет широкому кругу исследователей возможность удаленного доступа к ее вычислительным ресурсам и результатам кохмпьютерного эксперимента важнейших физико-химических свойств оксидных систем.

Рекомендации по использованию. Результаты работы могут быть использованы в таких областях как компьютерное материаловедение, физическая химия расплавов, а также в металлургии, стекольной промышленности, ядерной энергетике.

Достоверность результатов обеспечивается приводимыми оценками точности модели и проверкой соответствия результатов моделирования данным натурных экспериментов.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. модель учета дальнодействия на основе быстрого мультипольного метода для проведения вычислительных экспериментов с системами большой размерности (до 105 частиц), обеспечивающая возможность изучения наноструктурных образований в конденсированных системах с сильным взаимодействием;

2. программа реализованная с использованием технологии CORBA, реализующая модель учета дальнодействия в распределенном режиме;

3. структура распределенной информационно-исследовательской системы с удаленным доступом для моделирования конденсированных систем с сильным взаимодействием;

4. программа, обеспечивающая интеграцию программного комплекса для проведения экспериментов и базы данных условий и результатов экспериментов независимо от типа выбранной СУБД;

5. подсистема удаленного доступа к ИИС для реализации компьютерных экспериментов сторонними пользователями через сеть Интернет;

6. результаты моделирования бинарной системы FeO-SiC2: рассчитаны структурные характеристики ближнего порядка, параметры полимеризованности, термодинамические параметры и кинетические коэффициенты переноса.

Личный вклад соискателя. Автором лично выполнены следующие теоретические и прикладные разработки: модель дальнодействия с использованием быстрого мультипольного метода, проектирование архитектуры распределенной ИИС «Шлаковые расплавы», проектирование и реализация программы молекулярно-динамического моделирования с использованием БММ, реализация подсистемы удаленного доступа к информационной системе.

Апробация работы. Основные материалы докладывались на 6 и 7-ом Российском семинаре «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов» (Курган, 2002, 2004), International Conference on Mathematical Modeling and Simulation of Metal Technologies, MMT-2002 (Israel, 2002), IV Международной конференции «Компьютерное моделирование 2003», (С.Петербург, 2003), Российской конференции «Высокопроизводительные вычисления и технологии» (Ижевск, 2003), Всероссийской конференции «Информатика и информационные технологии-2004» (С.Петербург, РГПУ им.Герцена, 2004), XI Российская конференции «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов» (Екатеринбург, 2004).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 14 научных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 120 наименований. Работа изложена на 145 страницах, содержит 32 рисунка и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна и научно-практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проведен литературный обзор математических методов, используемых для моделирования структуры и свойств конденсированных систем с сильным взаимодействием: ab initio, кластерные методы, методы классической молекулярной динамики и Монте-Карло. Проанализированы

ограничения и возможности методов в пределах используемых компьютерных мощностей.

Рассмотрены математические модели, лежащих в основе численного моделирования конденсированных сильновзаимодействующих систем.

Рассмотрены методы расчета дальнодействующих взаимодействий в системах, содержащих заряженные частицы. Подробно проанализированы метод Эвальда, Фурье-базируемые методы, быстрый мультипольный метод.

Проанализированы основные направления в развитии технологии разработки специализированных программных вычислительных комплексов для фундаментальных исследований в физической химии.

Перечислены требования к информационно-исследовательским системам, рассмотрены локальные пакеты программ, архитектура клиент-сервер, многозвенная архитектура, распределенная одноранговая архитектура. Произведен сравнительный анализ существующих технологий промежуточного программного обеспечения (middleware): DCE, CORBA, DCOM.

Проведен обзор существующих программных систем-аналогов. Показано,

что основным препятствием для расширения прогнозных возможностей молекулярно-динамического моделирования являются низкая размерность модельных систем, локальность существующих реализаций и морально устаревшие программные оболочки.

Во второй главе описана система математических моделей, реализованных в ИИС «Шлаковые расплавы» и подробно изложена разработанная автором

математическая модель учета дальнодействия на основе быстрого мультипольного метода (модель с БММ). Совокупность математических моделей, образует комплексную модель оксидного расплава, основные компоненты которой приведены на рис. 1.

Модель частиц базируется на взаимнооднозначном соответствии атом -модельная частица с атрибутами заряд, радиус, масса, тип межчастичного взаимодействия. Развитие системы во времени описано в классическом приближении в молекулярно-динамической модели, с применением периодических граничных условий Борна-Кармана и предикторно-корректорного алгоритма Бимена.

В работе используется ионная модель расплава на основе потенциала

Полинга:

эффективные заряды и радиусы ионов; п - показатель степени (8 < П < 12), i ,j -индексы, нумерующие частицы.

Потенциал представляет собой сумму двух вкладов: кулоновского

дальнодействующего - Г * и короткодействующего отталкивательного, - г п. Такая структура потенциала определяет декомпозицию общей модели взаимодействия на модель близкодействующего и модель дальнодействующего взаимодействия.

Близкодействующая часть потенциала быстро убывает с увеличением расстояния, поэтому для ее вычисления используются частицы, находящиеся на расстоянии, не большем выбранного радиуса обрезания r0Qp.

Значительно более сложным является расчет дальнодействующего взаимодействия. Бесконечные периодические условия требуют при расчете потенциала электростатического поля учета влияния частиц во

всех репликах модельного куба:

т т т N Ф = ~ _ lim S I SS

4i

4я£О e

m—

'щ--т, П2=~т пт>=-т ¿=1 где п = {п\,п2,пт,) — вектор кристаллической решетки с целочисленными компонентами. Расстояние между частицей в базовой ячейке и частицей в реплике: г^ п = ¡г; — Р + Ь-п, где Ь — длина ребра модельного куба.

1,П

Медленная сходимость данного ряда обуславливает необходимость использования специальных методов для его вычисления. Автором разработана модель учета дальнодействия на основе быстрого мультипольного метода, адаптированная для случая с бесконечными периодическими условиями. Модель базируется на возможности представления влияния группы зарядов I = 1...к, сосредоточенных в заданной сфере, в виде мультипольного разложения:

JL м

т

Ф(Р)= S S -¿^¡"(ß^ + e,

1=0т=-1 гМ

максимальный порядок мультиполя, - сферическая

здесь р -гармоника

полярные координаты т о чД и - ошибка,

к-

коэффициенты

определяемая конечностью представления, мультипольного разложения, вычисляемые по формуле:

где <37, (рг- заряд и полярные координаты г-частицы, соответственно.

Для представления поля потенциала в заданной кубической области пространства используется интерполирование потенциала на равномерной сетке с координатами узлов и значениями

потенциала в узлах

где р - порядок интерполирующего полинома, £- остаточный член, характеризующий точность интерполяции.

Группировка частиц для вычисления дальнодействующего взаимодействия основана на иерархическом разбиении модельного куба на кубические ячейки (рис. 2, показано представление на плоскости).

Рис. 2. Иерархическое разбиение модельного куба и схема вычислений Начальным уровнем иерархии считается ячейка, представляемая самим модельным кубом. Последующие уровни разбиения состоят из ячеек, вдвое меньших ячеек предыдущего уровня. Такое разбиение представимо восьмеричным деревом, листьями которого являются ячейки с минимальным

размером, а корнем - модельный куб. Каждая родительская ячейка содержит 8 дочерних ячеек.

Использование группировки, а также мультипольного разложения и интерполированного представления потенциального поля позволяет заменить непосредственное вычисление взаимодействия «частица» «частица» на вычисление по схеме «частица» «мультипольное разложение минимальных групп зарядов» —» «мультипольное разложение объединенных групп зарядов»

«интерполяционное представление поля в крупных ячейках» «интерполяционное представление поля в мелких ячейках» «частица».

Для групп частиц, соответствующих листам дерева, мультипольное разложение вычисляется непосредственно. Для родительских ячеек определено преобразование переноса, которое позволяет вычислить мультипольное разложение родительской ячейки, используя только мультипольные разложения дочерних ячеек.

Мультипольное разложение частиц каждой ячейки используется для расчета потенциала в узлах сетки интерполяции ячеек с тем же уровнем разбиения.

Интерполяционное представление потенциального поля в пределах родительских ячеек переносится и суммируется с интерполяционным представлением поля в дочерних ячейках вплоть до ячеек с минимальным размером.

В конечной фазе для каждой частицы вычисляется дальнодействующий компонент взаимодействия с использованием рассчитанного поля.

Для реализации бесконечных периодических условий используется их конечное приближение. Расчет дальнодействия производится для модельного куба находящегося в симметричном окружении своих реплик. Количество реплик, используемых для окружения, определяется требуемой точностью вычислений. Схема вычислений взаимодействия в пределах модельного куба, обобщена для случая с учетом реплик модельного куба. Вычислительная сложность представленного метода равна

В третьей главе проведен анализ структуры спроектированного программного комплекса, рассмотрены диаграммы логических и физических потоков данных, одна из которых представлена на рис.3.

Основной механизм интеграции программных компонентов ИИС - обмен документами XML. Динамическое управление приложениями осуществляется с помощью технологии CORBA.

Основными компонентами системы являются: вычислительные приложения (МД, СГМ), CORBA-оболочки приложений, сервер приложений, SQL база данных, web-сервер, web-клиент и мост XML-СУБД.

Рис. 3. Архитектура ИИС. Физические потоки данных В качестве специализированного программного обеспечения выделен и подробно описан «мост XML-СУБД», осуществляющий формирование выходных XML документов на основании данных из БД и обновление БД на основании входных документов XML. Обработка входных документов и генерация выходных производится по заданной схеме трансляции. В сочетании с использованием драйверов ODBC такая методика позволяет достичь независимости приложений от типа используемой СУБД.

В нотации UML приведены диаграммы и описания классов, обеспечивающих расчет дальнодействия с использованием выбранного метода. Разработано и описано вычислительное приложение, реализующее моделирование с использованием данного метода в распределенном режиме.

Методика распределения основана на разбиении модельного куба на непересекающиеся области и использования отдельных станций для вычисления межчастичного взаимодействия в этих областях. Описан механизм балансировки нагрузки и отказоустойчивости приложения.

Автором разработан механизм удаленного доступа к ресурсам реализованной информационно-исследовательской системы. В тексте главы обосновывается выбор технологий и программных продуктов для реализации удаленного доступа через ИНТЕРНЕТ. Проанализированы основные задачи, связанные со спецификой представления данных в HTML документах и принципом работы протокола HTTP. Для удаленного ввода данных

пользователем и отображения графической информации реализованы библиотеки, приведена их схема и способ реализации.

Описаны методы оптимизации на уровне программного кода, использованные для более эффективной реализации ресурсоемких алгоритмов.

Для реализации вычислительного приложения, реализующее МД-моделирование с использованием макроскопического мультипольного метода используется язык C++ (Microsoft Visual C++ 6.0), библиотека boost-library 1.29.0. Обработка и преобразование XML документов осуществляется при помощи библиотек Xerces-C++ 2.2 (Apache) и Xalan-C++ 1.6 (Apache). Возможности CORBA технологии реализуются с VisiBroker 4.5 (Borland).

В четвертой главе приведены результаты тестирования эффективности МД-алгоритма с учетом дальнодействия по методу Эвальда и в модели с БММ, разработанной автором. Полученные данные приведены в табл. 1.

Как следует из представленных результатов, в модели с БММ наблюдается линейная зависимость времени моделирования от числа частиц. Начиная с размера системы 5000 частиц, реализованный метод становится эффективнее метода Эвальда.

В качестве объекта исследования выбрана бинарная система FeO-SiCb, используемая в процессах производства стали. Параметры составов приведены в табл. 2. В результате комплексного моделировании определены энергетические и структурные характеристики, в частности, структурные параметры ближнего порядка и наноструктуры (выделены полианионы разной степени сложности, построены их функции распределения по характеристическим параметрам, определено время жизни полианионов). Рассчитан ряд термодинамических свойств (теплоемкость, сжимаемость, коэффициенты расширения), найдены кинетические коэффициенты переноса (коэффициенты диффузии и вязкость), определены характеристики полимеризованности системы.

Таблица 2

Входные параметры моделирования системы

Параметры Мольная доля FeO

1 0,9 0,8 0,667 0,5 0,25 0

Тпл,К 1645 1575 1475 1480 2070 - 1983

Т мод, К 1700 1990 2009 2003 2015 2015 1856

р,.кг/м3 4700 4500 4200 3800 3300 2650 2200

Таблица 1.

Время моделирования одного шага

Кол-во Метод Модель с

частиц Эвальда, с БММ, с

1000 3 7

2000 5 8

5000 20 23

10000 60 35

20000 180 66

50000 780 220

100000 310

На рис.4 приведены распределения координационных чисел для двух из шести исследованных составов, в скобках указаны радиусы первых координационных сфер.

9 11 13 15 17 19

а)

Рис.4. Распределение координационных чисел (КЧ) для составов Х(ЗЮ2)=а) О.ЗЗ(фаялит); б) 0.5(метасиликат).

Распределение КЧ для 81-О очень узкое, что говорит о постоянстве ближнего порядка для этой пары. Основная масса ионов 81 имеет координационное число по кислороду равное 4, следовательно в расплавах присутствует большое количество элементарных структурных группировок 81044. Координационное число 0-81 косвенно подтверждает процесс полимеризации, проходящий в системе при повышении мольной доли оксида-сеткообразователя.

Количество атомов кислорода, обладающих координацией 2 по кремнию увеличивается с повышением доли сеткообразователя, следовательно идет процесс объединения элементарных структурных группировок в сложные

кремний-кислородные комплексы.

На рис. 5 некоторые моделирования динамических

Степень полимеризации системы Бе0-8Ю2 при всех составах хорошо согласуется с расчетными данными.

Среднее расхождение не превышает десятых долей.

Разница несколько увеличивается при малых долях оксида-сеткообразователя.

приведены результаты термосвойств.

Константа полимеризации уменьшается при увеличении содержания БЮг-При постепенной полимеризации оксида, реакция преобразования мостикового и свободного кислорода в два концевых затрудняется, так как миграции ионов внутри сетки практически нет, а количество свободного кислорода уменьшается от состава к составу. Крайне слабая зависимость константы полимеризации от состава при находится в полном соответствии с теорией

идеального ассоциированного раствора. Расхождения с полимерной теорией для фаялита и метасиликата составляют 0,002 и 0,012 соответственно.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

1. Разработана модель учета дальнодействия в конденсированных системах с сильным взаимодействием с использованием быстрого мультипольного метода, позволяющая проводить молекулярно-динамическое моделирование систем с большим количеством частиц (до 105).

2. Реализован локальный и распределенный алгоритм расчета для дальнодействующего кулоновского потенциала, сил межчастичного взаимодействия, потенциальной энергии и вириала системы. Применяемая методика распределения обеспечивает функционирование программы в гетерогенной среде.

3. Разработана структура распределенной информационно-исследовательской системы «Шлаковые расплавы» для проведения вычислительных экспериментов с конденсированными системами с сильным взаимодействием.

4. Разработана программа для интеграции базы данных условий и результатов вычислительных экспериментов и программ для моделирования конденсированных систем с сильным взаимодействием, обеспечивающая независимость от используемого типа СУБД.

5. Реализована подсистема удаленного доступа, обеспечивающая доступ к ресурсам ИИС «Шлаковые расплавы» через сеть Интернет.

6. Результаты тестирования реализованного алгоритма расчета дальнодействующего взаимодействия подтверждают, что данный алгоритм превосходит по скорости расчетов аналогичные алгоритмы при количестве частиц более чем 5000.

7. Для двухкомпонентной системы РеО-8Ю2 проведены компьютерные эксперименты по молекулярно-динамическому моделированию с использованием разработанной модели дальнодействия. Получены и проанализированы структурные термодинамические и транспортные свойства пяти составов шлаков РеО-БЮг (с содержанием БЮг 10%, 20%, 33%, 50%, 75%) при температурах от 1480 К до 2070 К. Вычислены структурные характеристики ближнего порядка распределения координационных чисел, доли полианионных комплексов разной сложности,

конфигурационное время жизни комплексов, доли кислорода различного типа, термодинамические параметры (температура, внутреннее давление, молярные теплоемкости). Расхождение между модельными расчетами и данными натурного эксперимента составляет менее 10%.

Список публикаций автора по теме диссертации:

1. Воронова Л.И., Гусев А.И., Рыжов Н.А. Применение технологии CORBA для создания распределенной вычислительной сети ИИС "MD-MELT" - В сб. науч. трудов "Математическое и программное обеспечение научных исследований и обучения", Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та. 2000, С. 47-52. (0,13/0,25 п.л.)

2. Voronov V.I., Voronova L.I., Rizhov N.I., Gusev A.I. Properties of a System FeO-SiO2-CaO-MgO by Results of Computer Experiment. - Proceedings Second International Conference on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Metal Technologies, «MMT-2002», College of Judea and Samaria, Israel, September, 30 - October, 4,2002, P.l-76 -1-83. (0,13/0,37п.л.)

3. Рыжов Н.А., Воронов В.И. Подсистема статистико-геометрического моделирования SGR информационно-исследовательской системы «MD MELT» - Материалы 6-го Российского семинара «Компьютерное моделирование расплавов и стекол», Курган: Изд-во Курганского госуниверситета, 2002, с.54-55. (0.06/0.12п.л.)

4. Воронова Л.И., Рыжов НА., Гусев АИ. и др. Подсистема статистико-геометрического моделирования ИИС «Шлаковые расплавы». Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 2496. Зарегистрировано в Отраслевом фонде алгоритмов и программ 7.04.2003. Государственный координационный центр информационных технологий. МО РФ. (0,04/0,21 п.л.)

5. Воронова Л.И., Рыжов НА, Гусев А.И. и др. Разработка «Подсистема статистико-геометрического моделирования ИИС «Шлаковые расплавы». Извещение о государственной регистрации в Информационно-библиотечном фонде Российской Федерации. № гос.регистрации 50200300298 от 15.04.2003. (0,06/0,32 п.л.)

6. Рыжов Н.А., Реализация удаленного доступа в информационно-исследовательской системе «MD MELT» - В сб. научн. трудов аспирантов и соискателей Курганского Государственного университета, V выпуск «Естественные, технические и экономические науки», Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2003, с.14-17 (0.12п.л.)

7. Воронова Л.И., Воронов В.И., Рыжов НА, Гусев А.И. «Информационно-исследовательская система «SLAG MELT».- Сб.трудов IV Международной конференции «Компьютерное моделирование 2003», Санкт-Петербург, изд-во СПбГПУ, 2003г., С. 264 - 267. (0,05/0,20 п.л.)

8. Гусев А.И., Воронова Л.И., Тен Э.А., Рыжов Н.А Подсистема распределенного молекулярно-динамического моделирования информационно-исследовательской

16 №22 7 0 7

системы "SLAG MELT".- Труды Российской конференции «Высокопроизводитель ные вычисления и технологии», г.Ижевск, изд-во УдГУ, 2003 г., С. 82-87. (0,10/0,28 п.л.)

9. Воронова Л.И., Рыжов Н.А., Гусев А.И., Тен Э.А., и др. «Подсистема молекулярно-динамического моделирования информационно-исследовательской системы «Шлаковые расплавы». Свидетельство об отраслевой регистрации разработки №3158. Зарегистрировано в Отраслевом фонде алгоритмов и программ 04.02.2004. Государственный координационный центр информационных технологий. Министерство образования Российской Федерации. (0,03/0,22 п.л.)

10. Воронова Л.И., Рыжов НА, Гусев А.И., Тен Э.А., и др. Разработка «Подсистема молекулярно-динамического моделирования информационно-исследовательской системы «Шлаковые расплавы». Извещение о государственной регистрации в Национальном информационном фонде неопубликованных документов, разработки, предъявленной в отраслевой фонд алгоритмов и программ. № гос.рег. 50200400108 от 20.02.2004. (0,04/0,34 п.л)

11. Рыжов Н.А Вычисление дальнодействующего взаимодействия по методу частица-сетка. - В сб. научн. трудов аспирантов и соискателей Курганского Госуниверситета, VI выпуск "Естественные, технические и экономические науки", Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2004, с. 12-13. (0.12п.л.)

12. Рыжов Н.А., Тетерин С.А., Середа Д.В., Воронова Л.И. XML интеграция приложений и реляционных СУБД Сборник трудов Всероссийской конференции "Информатика и информационные технологии-2004", г.Санкт-Петербург, изд-во РГПУ им.Герцена, 2004, (0.08/0.16п.л.)

13. Рыжов Н.А., Воронова Л.И. Использование быстрого мультипольного метода при молекулярно-динамическом моделировании.- Труды XI Российской конференции "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов". Том 1. Теоретическое изучение металлических и оксидных расплавов. Екатеринбург -Челябинск, издательство ЮУрГу, с 65-66,2004, (0.06/0. 10п. л.)

14. Рыжов Н.А., Воронова Л.И. Распределенная реализация макроскопического мультипольного метода в молекулярно динамическом моделировании. -Материалы 7-го Российского семинара «Компьютерное моделирование расплавов и стекол», Курган: Изд-во Курганского госуниверситета, 2004, с.85-87. (0.09/0.09п.л.)

Подписано к печати 11.11.2004 Формат 60x84 1/15, Объем 1 п.л.

Заказ N-293 Тираж 100 экз. Бесплатно.

Издательство Курганского государственного университета,

640669, г. Курган, ул. Гоголя, 25

Курганский государственный университет, ризограф

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОЧАСТИЧНЫХ СИСТЕМ

1.1. Роль вычислительного эксперимента.

1.2. Методы моделирования.

1.2.1. Квантовая молекулярная динамика.

1.2.2. Квантово-химические методы моделирования.

1.2.3. Метод Монте-Карло.

1.2.4. Метод молекулярной динамики.

1.3. Методы расчета дальнодействующих взаимодействий.

1.3.1. Расчет с использованием метода суммирования по Эвальду.

1.3.2. Фурье-базированные методы суммирования.

1.3.3. Быстрый мультипольный метод.

1.4. Технологии разработки исследовательских программных комплексов.

1.4.1. Требования к информационно-исследовательским системам.

1.4.2. Локальные пакеты программ.

1.4.3. Архитектура клиент-сервер.

1.4.4. Многозвенная архитектура.

1.4.5. Распределенная одноранговая архитектура.

1.4.6. Промежуточное программное обеспечение (middleware).

1.5. Обзор существующих программных систем-аналогов.

1.6. Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМ С СИЛЬНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ.

2.1. Комплексная модель ионного расплава.

2.2. Модель частиц для молекулярно-динамического моделирования.

2.3. Модели потенциалов межчастичного взаимодействия.

2.4. Модель близкодействующего взаимодействия.

2.5. Модель дальнодействующего взаимодействия.

2.5.1. Использование мультипольного разложения.

2.5.2. Интерполяция поля.

2.5.3. Декомпозиция модельного куба.

2.5.4. Алгоритм расчета.

2.5.5. Трансляция мультипольного разложения.

2.5.6. Трансляция интерполированного поля.

2.5.7. Конечное приближение бесконечных периодических условий

2.5.8. Точность расчетов.

2.5.9. Вычислительная сложность алгоритма.

2.6. Выводы.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА С УДАЛЕННЫМ ДОСТУПОМ.

3.1. Структура информационно-исследовательской системы.

3.1.1. Общая архитектура ИИС: подсистемы, модули, потоки данных.

3.1.2. Вычислительные приложения.

3.1.3. Использование языка XML для интеграции модулей.

3.2. Реализация модели учета дальнодействия.

3.2.1. Класс «МЗ Алгоритм вычисления взаимодействия».

3.2.2. Класс «МЗ Решетка».

3.2.3. Класс «МЗ Слой».

3.2.4. Класс «МЗ Ячейка».

3.2.5. Класс «МЗ Мультипольное разложение».

3.2.6. Класс «МЗ Поле».

3.2.7. Класс «Решетка частиц».

3.2.8. Класс «Ячейка частиц».

3.3. Распределенная реализация алгоритма.

3.3.1. Класс «МЗР Ячейка».

3.3.2. Класс «МЗР Вычислитель» и интерфейс «ИМЗР Вычислитель»

3.3.3. Класс «МЗР Алгоритм вычисления взаимодействия» и интерфейс

ИМЗР Алгоритм вычисления взаимодействия».

3.3.4. Организация вычислений.

3.3.5. Балансировка нагрузки и отказоустойчивость.

3.4. Используемый инструментарий и методы оптимизации.

3.5. Реализация удаленного доступа к ИИС.

3.5.1. Ввод данных пользователем.

3.5.2. Библиотека отображения графиков.

3.6. Выводы.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ.

4.1. Оценка производительности вычислительного эксперимента с использованием Б ММ.

4.2. Сравнение результатов моделирования в локальном и распределенном вариантах.

4.3. Моделирование системы Fe0-Si02.

4.3.1. Анализ потенциальных и силовых функций.

4.3.2. Параметры молекулярно-динамической модели.

4.3.3. Энергетика системы.

4.3.4. Термодинамические свойства.

4.3.5. Структурные характеристики ближнего порядка.

4.3.6. Исследование процессов полимеризации.

4.3.7. Транспортные свойства.

4.4. Выводы.

Развитие теории плотных газов и жидкостей позволило выявить основные черты этих состояний вещества [50]. Но, до настоящего времени не разработан последовательный метод аналитического получения макро- и микроскопических характеристик для плотных многочастичных систем, исходя из первых принципов. Это связано с большими трудностями математического характера, которые значительно возрастают, если наряду с большой плотностью, система является сильновзаимодействующей, то есть в ней присутствует дальнодействующее кулоновское взаимодействие [27].

К плотным системам с кулоновским взаимодействием относятся солевые, шлаковые и металлические расплавы, плотная плазма, растворы электролитов и т.д., то есть достаточно широкий класс веществ. Все они имеют большое значение в технологии, физике, химии.

Эти ионные жидкости являются объектами пристального исследования в связи с перспективой получения управляемых термоядерных реакций (плазма) [28], проблемами электрометаллургии, химической технологии, энергетики (галогениды щелочных металлов) [19], получением перспективных материалов для различных зон ядерных реакторов [5], при переработке отработанного ядерного горючего (расплавленные соли и их смеси) [33].

Одним из приоритетных направлений в физической химии и технологии неорганических материалов является создание новых металлических материалов с заранее заданными свойствами [35]. Эти свойства во многом определяются характеристиками жидких фаз расплава, - металла и шлака. Основа большинства металлургических шлаков - оксидные расплавы, относятся к типу неупорядоченных сильновзаимодействующих полимеризующихся систем.

Потребности новейших технологий потребовали перейти к исследованию ситуаций, для которых натурные эксперименты крайне затруднены или неосуществимы, а чисто теоретический анализ слишком сложен. Этот разрыв между возможностями теории и эксперимента успешно заполняет математическое моделирование с применением ЭВМ (компьютерное моделирование).

Занимая промежуточное положение между теорией и экспериментом компьютерное моделирование может использоваться для развития различных фундаментальных теорий, проверки исходных положений полуэмпирических теорий и позволяет получать значения физических величин в широком диапазоне изменения параметров. Без преувеличения можно сказать, что основные успехи в физике многочастичных систем связаны с развитием и широким применением этого метода.

Одним из перспективных и активно развивающихся методов компьютерного моделирования является метод молекулярной динамики, позволяющий определить целый комплекс свойств (структурные, термодинамические, транспортные) и исследовать их взаимосвязи. При этом точность получаемых результатов определяется видом математической модели и размерностью (числом частиц) моделируемой системы.

В частности, в модели полимеризующихся оксидных расплавов необходимо учитывать ряд специфических особенностей. Большие значения вязкости в жидком стабильном и особенно в метастабильном состояниях, большая кривизна потенциальных функций около минимума, дальнодействующий характер межчастичного взаимодействия приводят к существенному увеличению объема вычислительных ресурсов и временных затрат на моделирование. Это структурно неоднородные системы, с медленно развивающимися процессами, для которых необходимо исследование особенностей наноструктуры, что требует существенного увеличения размерности модельных систем до сотен тысяч частиц.

Основные временные затраты при молекулярно-динамическом моделировании многочастичных сильновзаимодействующих систем связаны с расчетом дальнодействующих сил и энергий, поэтому необходимо разрабатывать специальные алгоритмы, существенно понижающие вычислительную сложность моделей, а также применять технологии распределения для снижения временных затрат на моделирование.

За последнее десятилетие рядом авторов (Б.Д.Алдер [46], А.Рахман [94], А.Н.Лагарьков [30], Л.Верле [115], Д.Бимен [51], Р.В.Хокни [82] и др.) были разработаны подходы используемые в локальных программных комплексах (Т.Ф.Соулс [105], С.К.Митра [83], У.Васеда [119], В.А.Полухин [36], Б.Р.Гельчинский [17], Л.И.Воронова [14], Д.К.Белащенко [3], Г.Г.Бойко [7] и др). которые позволяют исследовать системы содержащие до нескольких тысяч модельных частиц. Однако эти разработки являются недоступными для широкого круга исследователей в силу их локальности.

В Курганском государственном университете на кафедре прикладной математики под руководством д.ф.-м.н., профессора Л.И.Вороновой разрабатывается распределенная информационно-исследовательская система (ИИС) "Шлаковые расплавы" с удаленным доступом [15, 16], обеспечивающая проведение компьютерных экспериментов для систем большой размерности по моделированию физико-химических свойств и структуры многокомпонентных шлаковых расплавов. Ядром ИИС является метод молекулярной динамики. В системе интегрирован ряд более ранних наукоемких разработок.

Для получения адекватных результатов, обладающих практической значимостью и обеспечения работоспособности ИИС через сеть ИНТЕРНЕТ, необходима разработка математических моделей эффективного расчета дальнодействия, применение новых информационных технологий, обеспечивающих распределенные высокопроизводительные вычисления и реализацию удаленного доступа.

Таким образом, целью данной работы является разработка математических моделей, вычислительных методов и создание программного комплекса с удаленным доступом для молекулярно-динамического моделирования конденсированных сильновзаимодействующих систем большой размерности.

Поставленная цель включает следующие задачи:

• разработка математической модели учета дальнодействия на основе быстрого мультипольного метода при распределенном молекулярно-динамическом моделировании конденсированных систем;

• разработка вычислительного приложения для реализации модели в распределенном режиме в рамках информационно-исследовательской системы (ИИС) «Шлаковые расплавы»;

• разработка структуры распределенной ИИС «Шлаковые расплавы»с удаленным доступом;

• разработка промежуточного программного обеспечения «мост XML-СУБД» обеспечивающего независимость ИИС от системы управления базой данных;

• разработка и реализация подсистемы удаленного доступа для обеспечения компьютерного моделирования сторонними пользователями через сеть ИНТЕРНЕТ;

• проведение компьютерных экспериментов по моделированию пяти составов бинарной полимеризующейся оксидной системы в удаленном режиме.

На защиту выносятся следующие результаты:

• модель учета дальнодействия на основе быстрого мультипольного метода для проведения вычислительных экспериментов с системами большой размерности (до 105 частиц), обеспечивающая возможность изучения наноструктурных образований в конденсированных системах с сильным взаимодействием;

• реализованное с использованием технологии CORBA приложение, обеспечивающее расчет дальнодействия в распределенном режиме;

• структура распределенной информационно-исследовательской системы (ИИС) с удаленным доступом;

• разработанное программное обеспечение «мост XML-СУБД», обеспечивающее интеграцию программного комплекса для проведения экспериментов и базы данных условий и результатов экспериментов независимо от типа выбранной СУБД;

• подсистема удаленного доступа к ИИС для реализации компьютерных экспериментов через сеть ИНТЕРНЕТ;

• результаты моделирования бинарной системы FeO-SiCb в удаленном режиме: структурные характеристики ближнего порядка, параметры полимеризованности, термодинамические параметры и кинетические коэффициенты переноса.

Научную новизну работы определяют впервые полученные, перечисленные ниже результаты:

• разработана математическая модель учета дальнодействия при распределенном МД-моделировании на основе быстрого мультипольного метода, обеспечивающая понижение вычислительной сложности алгоритма до 0(N);

• разработано вычислительное приложение для реализации модели в распределенном режиме, которое позволяет проводить моделирование в рамках гетерогенной сети и обеспечивает отказоустойчивость при сбоях;

• разработана структура распределенной информационно-исследовательской системы (ИИС) с удаленным доступом для реализации компьютерного моделирования конденсированных сильновзаимодействующих систем;

• разработано и реализовано специализированное промежуточное программное обеспечение «мост XML-СУБД» обеспечивающее высокий уровень гибкости информационно-исследовательской системы при интеграции с различными СУБД;

• разработана и интегрирована в ИИС подсистема удаленного доступа для реализации компьютерного моделирования сторонними пользователями через сеть ИНТЕРНЕТ;

• в рамках созданного программного комплекса для пяти составов бинарной системы Fe0-Si02 проведены компьютерные эксперименты по молекулярно-динамическому и статистическому моделированию в удаленном режиме, получены зависимости между характеристиками, описывающими её состав и свойства, осуществлено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.

Работа имеет научную и практическую значимость по следующим основаниям.

Разработанная в диссертации математическая модель учета дальнодействия при молекулярно-динамическом моделировании конденсированных сильновзаимодействующих систем вносит вклад в развитие теории плотных многочастичных систем с кулоновским взаимодействием и расширяет возможности их численного моделирования.

Применение модели существенно уменьшает временные затраты на моделирование, позволяя таким образом увеличить размерность модельных систем до 105 частиц. Это принципиально изменяет возможности формально-математического описания физико-химических явлений в системах с медленно развивающимися процессами, позволяя исследовать фундаментальную проблему взаимосвязи структура-свойство с учетом особенностей наноструктуры, что повышает достоверность расчетов, расширяет круг моделируемых свойств и увеличивает практическую ценность прогнозного компьютерного эксперимента.

Реализованная версия структуры ИИС обеспечивает оптимальное распределение и использование доступных компьютерных ресурсов. Применение компонентного подхода и новых информационных технологий (middleware, WEB, XML) обеспечивает высокий уровень гибкости, открытости и производительности разработанного программного комплекса.

Разработка и интеграция системы удаленного доступа к ИИС предоставляет широкому кругу исследователей возможность удаленного доступа к реализации и результатам компьютерного эксперимента важнейших физико-химических свойств оксидных систем.

Результаты работы могут быть использованы в таких областях как компьютерное материаловедение, физическая химия расплавов, а также в металлургии, электрометаллургии, химической энергетике, стекольной промышленности, ядерной энергетике.

4.4, Выводы

1. По результатам моделирования системы NaCl проведена оценка производительности вычислительного эксперимента с использованием реализованного метода расчета дальнодействия. Приведенные данные показывают, что с точки зрения быстродействия использование этого метода более выгодно, чем использование классического метода Эвальда, начиная с размера системы 5000 частиц.

2. Осуществлено сравнение результатов моделирования в локальном и распределенном вариантах, показавшее высокую эффективность использования распределенной реализации алгоритма. Коэффициент использования вычислительных ресурсов при использовании 4 расчетных станций составляет 0,83.

3. В качестве объекта исследования рассмотрена бинарная система Fe0-Si02, широко используемая в металлургическом производстве. Проведено комплексное компьютерное моделирование семи составов системы при температурах незначительно превышающих их температуры плавления.

4. Определены энергетические и структурные характеристики. В том числе: структурные параметры ближнего порядка (функции радиального распределения атомов, распределения координационных чисел, функции углового распределения, средние длины связей, координационные числа, углы между связями) и наноструктуры (выделены полианионы разной степени сложности, построены их функции распределения по характеристическим параметрам, определено время жизни полианионов).

5. Рассчитан ряд термодинамических свойств (теплоемкость, сжимаемость, коэффициенты расширения), найдены кинетические коэффициенты переноса (коэффициенты диффузии и вязкость), определены характеристики полимеризованности системы при температурах, близких к температурам плавления.

6. Получены термодинамические параметры, такие как внутреннее давление; молярные теплоемкости при постоянном объеме и давлении; адиабатическая и изотермическая сжимаемости, коэффициент объемного расширения.

7. Для оценки транспортных свойств расплавов системы были рассчитаны коэффициенты самодиффузии ионов и динамическая вязкость шлаков. Получены концентрационные зависимости этих величин.

Расхождение между модельными расчетами и данными натурного эксперимента составляет менее 10%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках задачи по созданию программного комплекса, обеспечивающего проведение вычислительных экспериментов в физической химии оксидных расплавов в диссертационном исследовании:

1. Разработана модель учета дальнодействия в конденсированных системах с сильным взаимодействием с использованием быстрого мультипольного метода. Использования модели позволяет достичь линейной сложности наиболее ресурсоемкого этапа моделирования, сокращает общее время расчетов и позволяет осуществлять моделирование систем с большим количеством частиц (104-105).

2. Реализован локальный и распределенный вариант расчета с использованием указанной модели для дальнодействующего кулоновского потенциала, сил межчастичного взаимодействия, потенциальной энергии и вириала системы. Применяемая методика распределения обеспечивает функционирование приложения в гетерогенной среде, что позволяет в полном объеме задействовать имеющиеся вычислительные ресурсы и динамически перераспределять нагрузку при изменении конфигурации сети.

3. Разработана структура информационно-исследовательской системы «Шлаковые расплавы». Распределенная одноранговая архитектура, на базе которой произведена декомпозиция системы, решает основные задачи технического характера, поставленные перед ИИС: возможность обработки значительных объемов данных с использованием SQL сервера, многопользовательский доступ к результатам исследований, легкость модификации системы при изменении функционала компонентов или при их добавлении.

4. Разработана программа для интеграции базы данных условий и результатов вычислительных экспериментов и программ для моделирования конденсированных систем с сильным взаимодействием, обеспечивающая независимость от используемого типа СУБД и структуры базы данных.

5. Реализована подсистема удаленного доступа, предоставляющая доступ к ресурсам ИИС «Шлаковые расплавы» через сеть ИНТЕРНЕТ. Применение web-интерфейса для управления информационно-исследовательской системой обеспечивает возможность ее использования сторонними пользователями без затрат на установку и настройку дополнительного программного обеспечения.

6. Проведена серия экспериментов для проверки адекватности применяемой модели дальнодействующего взаимодействия и производительности реализованного алгоритма. Представленные результаты подтверждают линейность вычислительной сложности алгоритма и что данный алгоритм превосходит по скорости расчетов аналогичные алгоритмы при количестве частиц более чем 5000.

7. Для двухкомпонентной системы FeO-SiC^ проведены серии компьютерных экспериментов по молекулярно-динамическому моделированию с использованием разработанной модели дальнодействия. Получены и проанализированы структурные термодинамические и транспортные свойства семи составов шлаков при температурах незначительно превышающих их температуры плавления. Вычислены следующие модельные физико-химические результаты: структурные характеристики ближнего порядка: распределения координационных чисел, доли полианионных комплексов разной сложности, конфигурационное время жизни комплексов, доли кислорода различного типа, термодинамические параметры (температура внутреннее давление, молярные теплоемкости).

Расхождение между модельными расчетами и данными натурного эксперимента составляет менее 10%.

1. Атлас шлаков. Справ.изд. Пер.с нем./Под редакцией Куликова И.С., М:Металлургия, 1985, 208с.

2. Ахтырченко К., Леонтьев В. // 1997, Системы управления базами данных, N2X25-6.

3. Белащенко Д.К. Компьютерное моделирование структуры и свойств некристаллических оксидов // Успехи химии, 1997. Т.66. №9. С.811-844.

4. Берлин Ал.Ал., Балабаев Н.К. Имитация свойств твердых и жидких тел методами компьютерного моделирования // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. №11. С. 85-92.

5. Блинкин В.Л., Новиков В.М. Жидкосолевые ядерные реакторы. -М.: Атомиздат, 1978. -112с.

6. Бойко Г.Г., Паркачев В.А. Термодинамические свойства расплава метасиликата натрия по данным метода молекулярной динамики // Физ. и хим. стекла, 1991, т. 17, № 4, с. 659-663.

7. Бойко Г.Г., Паркачев В.А. Изучение структуры фосфатных стекол методом молекулярной динамики // Труды 2 Российского семинара "Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов". Курган, 1994. С.6-9.

8. Бурштейн К.Я., Шорыгин П.П. Квантовохимические расчеты в органической химии и иолекулярной спектроскопии.- М:. Наука, 1989,-с. 104.

9. Бухтояров О.И., Курлов С.П., Лепинских Б.М. Прогнозирование структуры и термодинамических свойств расплавов системы Ca0-Si02 методом Монте-Карло.- Известия ВУЗов. Черная металлургия, 1985, № 11, с. 1-4.

10. Бухтояров О.И., Школьник Я., Смирнов Л., Курлов С.П. Расчет теплоты смешения и структурных группировок в расплавах системы Са0-А1203

11. Si02 методом Монте-Карло / Расплавы, 1987, т. 1, № 6, с. 45-49.

12. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. М.: Конкорд, 1992.

13. Валуев А.А., Норман Г.Э., Подлипчук В.Ю. Метод молекулярной динамики: Теория и приложения // Математическое моделирование: Физико-химические свойства вещества. М.: Наука, 1989. С. 5-40.

14. Волков С.В., Грищенко С.Ф., Делимарский Ю.К. Координационная химия солевых расплавов. -Киев: Наукова думка, 1977. -323с.

15. Гельчинский Б.Р., Мирзоев А.А., Вяткин Г.П. Структурное моделирование бинарных аморфных и жидких сплавов // Тезисы IX

16. Всероссийской конференции. Челябинск: ЮУРГУ, 1988. Т1. С.6-8.

17. Герасимова Г. Применение технологии клиент-сервер // Тюменский Государственный Университет: http://studv.utmn.ru/~ggerasimova/mc.htm

18. Делимарский Ю.К. Пути практического использования ионных расплавов. В кн.: Ионные расплавы. Вып.З. Киев: Наукова думка, 1975, с.3-22.

19. Евсеев A.M. Уравнения движения в квантовой молекулярной динамике. -Журн.физ.хим., т. LXII, № 4, 1988, с.972-977.

20. Есин О.А. Полимерная модель расплавленных солей. ЖФХ, 1976, т. 50, вып. 7, с. 1885-1836.

21. Зеленер Б.В., Норманн Г.Э., Филинов B.C. Теория возмущений и псевдопотенциал в статистической термодинамике. М.:Наука, 1981. -187с.

22. Калиниченко Л. А., Когаловский М.Р. Стандарты OMG: язык определения интерфейсов IDL в архитектуре CORBA., 1996, СУБД, №2.

23. Калиниченко JT. А. Архитектуры и технологии разработки интероперабельных систем // http://\vww.tts.esoo.ru/~lesenka/corba/interoper.html

24. Касаткин А. Средства middleware и их классификация. // PCWeek. 1999. №19(193).

25. Кларк Т. Компьютерная химия: Пер. с англ.-М.: Мир, 1990.-383 с.

26. Климонтович Ю.Л. Кинетическая теория неидеального газа и неидеальной плазмы. М.: Наука, 1975. -352 стр.

27. КроллН., Трайвелпис А. Основы физики плазмы. М.: Наука, 1975. -525с.

28. Куцевич Н. Компонентные технологии в системах промышленной автоматизации // Открытые системы, 1999, №04

29. Лагарьков А.Н., Сергеев В. М. Метод молекулярной динамики в статистической физике УФН. 1978. т. 125 , вып.З, с. 409-448.

30. Момчев В.П. Компьютерное моделирование структуры и свойствнекоторых жидких и аморфных металлов и сплавов на основе Fe, Ag и Ni -диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, М.:, МИСИС, 1994,152с.

31. Немухин А.В. Компьютерное моделирование в химии // Соросовский Образовательный Журнал. 1998. №6. С. 48-52.

32. Никифоров А.С., Землянухин В.И., Шмидт B.C. Вопросы регенерации отработанного топлива АЭС. Атомная энергия, 1981, т.50, №2, с. 122-128.

33. Новиков В.К. Развитие полимерной модели силикатных расплавов // Расплавы. 1987.Т. 1. №6. С.21-33.

34. Новые приоритеты науки и техники. Документы для руководства (нормативная основа). - Москва, 1996, 27с.

35. Полухин В.А., Ватолин Н.А. Моделирование аморфных металлов. -М.:Наука, 1985. -288с.

36. Строение расплавленных солей. М.:Мир, 1966. - 431с.

37. Фасти У. Основы технологии "клиент-сервер" // PC Magazine/RE 1999 -№9.

38. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. -JL: Наука, 1975. -592с.

39. Хилл Т. Статистическая механика. М.:ИЛ,1960. - 485с.

40. Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц -М.:Мир, 1987, 638 с.

41. Цимбал А. Многозвенные системы, MIDAS новые веяния в клиент/серверных технологиях // Interface Ltd.: http -.//www.interface .ru/rtcs/csO 14b09 .htm

42. Юхновский И.Р., Головко М.Ф. Статистическая теория классических равновесных систем. Киев: Наукова думка, 1980. 372с.

43. Янушко А., Петрушенко С., Семейство архитектур клиент-сервер. Преимущества и недостатки. // 1998, Банковские Технологии, №8.

44. Яценко Д. В. Основы клиент-серверных архитектур // ITX Community: http ://www.itx.ru/info/mchains.htm

45. Alder В. J., Wainwright Т. E. Studies in Molecular Dynamics. I. General Method // J. Chem. Phys., 1959, Vol.31, N 2, p.459-466.

46. Allen M. P. and Tildesley A. K. Computer Simulation of Liquids. Oxford: Clarendon Press. 1987.

47. Ames Lab Classical Molecular Dynamics (AL CMD) // Ames Laboratory. http ://cmp. ameslab. gov/cmp/CMP Theory/cmd/alcmd source .html

48. Angell C.A., Clarke J.H.R., Woodcock L.V. Interaction potentials and glass formation: a survey of computer experiments Adv.Chem.Phys., 1981, V.48, p.397-453.

49. Barker J.A., Henderson D. What is "liquid" Understanding the states of matter. Rev.Mod.Phys., 1976, v.48, N 4, p.587-671.

50. Beeman D. Some multistep methods for use in molecular dynamics calculations, J. Comput. Phys., 1976, vol. 20, pp. 130-139.

51. Belhadj M., Alper H. and Levy R., Chem. Phys. Lett. 179 (1991) 13.

52. Beman Dawes, David Abrahams. Boost С++ Libraries // Boost project: http://www.boost.org

53. Binkley J.S., Whiteside R.A., Hariharan P.C., Seeger R., Pople J.A., Hehre W.J., Newton M.D. QCPE Program No.368.

54. Borgianni C., Granati P. Monte-Carlo calculations of ionic structure in silicate and alumino-silicate melts.- Met. Trans. B, 1979 v. 108, No. 1, p. 21-25.

55. Brawer S.A., WeberM.J. Molecular dynamics simulations of the structure of rare-earth doped beryllium-fluoride glasses J.Chem.Phys., 1981, V.75, N 7, p.3522-3541.

56. Car R., Parrinello M. Unified approach for molecular dynamics and density -functional theory. -Phys.Rev.Lett., v.55, 1985, p.2471-2474.

57. Cheung Y.P.S. On the calculation of specific heats, thermal pressure coefficient and compressibilities in molecular dynamics simulations //Mol. Phys, 1977, v. 33, N. 2, p. 519-526.

58. Chung P., Huang Y., Shalini Y. DCOM and CORBA Side by Side, Step by

59. Step, and Layer by Layer. // Bell labs: www.bell-labs.com.

60. Clark T.W., Ridgway S., Wlodek S. I/O Limitations in Parallel Molecular Dynamics, Texas Center for Advanced Molecular Computation, University of Houston, 1995 //http://www.chg.ru/SC95PROC/524TCLA/SC95.HTM

61. Darden Т., York D., and Pederson L., J. Chem. Phys. 98 (1993) 10089.

62. Dewar M.J.S., Thiel W. Ground states of molecules. 38. The MNDO method. Applications and parameters // J. Am. Chem. Soc.-1977.-V. 99., № 15.-P. 48994907.

63. Dewar M.J.S., Thiel W. Ground states of molecules. 39. MNDO results for molecules containing hydrogen, carbon, nitrogen and oxigen // J. Am. Chem. Soc.-1977.-V. 99., № 15.-P. 4907-4917.

64. Dewar M.J.S., Zoebisch E.G., Healy E.F. et al. AMI : a new general purpose quantum mechanical molecular model // J. Am. Chem. Soc.-1985.-V. 107., № 15.-P. 3902-3909.

65. Ding H., Karasawa N., and Goddard III W. A., Chem. Phys. Lett. 196 (1992) 6.

66. Ewald P, Ann. Phys. 64 (1921) 253.

67. Farouki R., Hamaguchi S., J. Сотр. Phys. 115 (1994) 276.

68. Free Software Foundation, Inc. XMakemol // XMakemol Homepage: http://www.nongnu.org/xmakemol

69. Fumi, F. G., and Tosi M. P. Ionic Sizes and born repulsion parameters in the NaCl type alkali halides -1.- J. Phys. Chem. Solids, 1964, vol. 25, pp. 31-43.

70. GradSoft. Choosing between CORBA and DCE // CORBA Development: http://www.corbadev.kiev.ua/old/corba-faa/corba-and-dce.html

71. Greengard L. and Rokhlin V., J. Сотр. Phys. 73 (1987) 325.

72. Greengard L., The Rapid Evaluation of Potential Fields in Particle Systems (MIT Press, Cambridge, MA. 1988).

73. Hirao K., Soga N. Molecular dynamics studies of structure and atomic motion of BeF2 glass // J.Non-Cryst. Solids, 1983, V.57, N.l, p.109-117.

74. ISO 7498, Open System Interconnection Model // ACM SIGCOMM Home

75. Page: http://www.acm.org/sigcomm/standards/iso stds/OSI MODEL/

76. Kittel C., Introduction to Solid State Physics (John Wiley and Sons, New York, 1971).

77. Lambert C., Board J., Jr., J. Сотр. Phys., submitted.

78. Lebowitz J.J., Percus J.k., Verlet L. Ensemble dependence of fluctuations with application to mashine computations Phys.Rev., 1967, v. 153, N 1, p.250-254.

79. Lewis J. W. E., Singer K., Woodcock L. V. Thermodynamic and structural properties of liquid ionoc salt obtained by Monte-Carlo computation.- J. Chem. Soc., Faraday 11,1975, v. 71, pp. 301-312.

80. Linthicum D.S. Next-Generation Middleware // DBMS and Internet Systems, vol.10, 9, September 1997.

81. Luty В., Davis M., Tironi I., and Gunsteren W. van, Mol. Simulation 14 (1994) 11.

82. Manohar S., Chandru V., Arun В., Ganguly A.D. Molecular Dynamics Markup. Language (MoDL) // The Cover Pages Web Site: http ://xml. со verpages. org/modl. html

83. Mitra S. K., Hockney R. W. Microheterogeneity in simulated soda silica glass // The structure of non-crystalline materials / Ed. P. H. Gaskell et al. London; New York, 1982. P.316-325.

84. Mitra S.K., Amini M., Fincham D., Hockney R.W. Molecular dynamics simulation of silicon dioxide glass. Phyl. Mag. B, 1981, v.43, №.2, p.365-372.

85. Object Management Group Inc. // The OMG's Official Website: http://www.omg.org/

86. Object Management Group, Inc. Common Facilities Architecture, Revision 2.0, September 1994.

87. Object Management Group, Inc. Common Facilities Architecture, Revision 3.0, November 1994.

88. Object Management Group, Inc. Common Facilities Roadmap, Revision 3.1, January 1995.

89. Object Management Group, Inc. Common Object Services Specification

90. Volume 1 (COSS1), March 1994.

91. Object Management Group, Inc. CORBA Technology // OMG's CORBA Website: http://www.corba.org/

92. Oracle9i XML Database Developer's Guide Oracle XML DB Release 2 (9.2). Oracle Corporation, 2002

93. Orfali R., Harkey D., Edwards J., The Essential Distributed Object. John1. Wiley&Sons, Inc., 1996.

94. Perram J., Petersen H., and Leeuw S. De, Mol. Phys. 65 (1988) 875.

95. Rajagopal G., Needs R., J. Сотр. Phys. 115 (1994) 399.

96. Rahman A., Fowler R.H., Narten A H. Structure and motion in liquid BeF2, LiBeF3 and LiF from molecular dynamics calculations.- J. Chem. Phys., 1972, vol.57, pp. 3010-3011.t 95. Rifkin J., XMD Molecular Dynamics Program // The Institute of Materials

97. Science. http://www.ims.uconn.edu/centers/simul/xmd/doc-2.5.30/xmd-2.html

98. Ritter D., The Middleware Muddle // 1998, DBMS OnLine, №5.

99. Robert Orfali, Dan Harkey, Jeri Edwards, The Essential Distributed Object. -John Wiley&Sons, Inc., 1996.

100. Rycerz Z., Jacobs P., Mol. Simulation 8 (1992) 197.

101. Sangster M.J.L., Dixon M. Interionic potentials in alkali halides and their use similation of molten salts. Adv. Phys., 1976, v.25, N3, p.247 - 342.

102. Schmidt K., Lee M., J. Stat. Phys. 63 (1991) 1223.

103. Selloni A., Carnevali P., Car R., Parrinello M. Localization, hopping and diffusion of electrons in molten salts. Phys.rev.lett., v.59,1987, p.823-826.

104. Smith G.D., Ayyagari C., Bedrov D. Lucretius-V.3.0 // Lucretius web project: http://www.che.utah.edu/~gdsmith/mdcode/main.html

105. Stewart J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods I. Method // J. Comput. Chem.-1989.-V. 10., № 2.-P. 209-220.л 104. Stewart J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods II.

106. Applicatios //J. Comput. Chem.-1989.-V. 10., № 2.-P. 221-264.

107. Soules T. F. A molecular dynamics calculation of the structure of sodium silicate glass // J. Chem. Phys, 1979, vol. 71, N 11, p. 4570-4578.

108. Soules T.F. Molecular dynamics calculations of glass structure and diffusion in glass J. Non-Cryst. Solids, 1982, V.49, N 1-3, p.29-52.

109. Sun Microsystems, Inc. Java Technology and Web Services // A Sun Developer Network Site: http://java.sun.com/webservices/

110. The Apache Software Foundation. Apache XML Project // Apache.org: http://xml.apache.org/

111. The Open Group. OSF Distributed Computing Environment (DCE) // DCE Portal: http://www.opengroup.org/dce/

112. Theoretical and Computational Biophysics Group, VMD Visual Molecular Dynamics // NIH Resource for Macromolecular Modeling and Bioinformatics: http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/

113. Thomas J. Mowbray, Phd Ron Zahavi. The Essential CORBA: System Integration Using Distributed Object, 1995.

114. Tosi M. Solid State Physics 16, eds. F. Seitz and D. Turnbull (Academic Press, New York, 1964) p. 107.

115. Tosi M.P., Fumi F.G. J.Phys.Chem.Solids, 25,31 (1964)

116. Vashishta P., Kalia R.K. Electron transport in disordered systems: A nonequilibrium quantum-molecular-dynamics approach. Phys.Rev.B, v.43, no.13, 1991, p.10928-10932.

117. Verlet L. Computer experiments on classical fluids. I. Thermodynamic properties of Lennard-Jones molecules.- Phys. Rev., 1967, vol. 159, pp 98-103.

118. Voronova L.I., Voronov V.I., Gluboky J.V. The oxide melts nanostructure research by a "covalent bonds network covering" method. Papers of International Symposium on Cluster and Nanostructure Interfaces, Richmond, Virginia, USA, 1999.

119. Waseda Y., Toguri J.M. The structure of molten alkali metal silicates // Trans.Iron and Steel Inst.of Japan. 1977.V. 17. N 2. P.82-91.

120. World Wide Web Consortium. Simple Object Access Protocol (SOAP) // W3C Official Site: http://www.w3 .org/TR/soap/