Пространственное время вычислительное моделирование обеспечивает высокие решения для сложных инженерных задач

Когда большинство людей думают о компьютерном симуляциях, они представляют гладкую графику или анимацию в голливудском стиле. Но для Тайфуна Тездуяра, профессора машиностроения Джеймса Ф. Барбура в Университете Райс, точность – это все.

«Для инженерии и науки вы не просто хотите что -то, что выглядит реалистично», – сказал Тездуяр. «Вам нужно решение, наиболее близкое к истинному решению. Если вы проектируете парашют для астронавтов или моделируете кровоток через сердечный клапан, разница между« достаточно близким »и« лучшим решением »может означать жизнь или смерть».

В течение более трех десятилетий Tezduyar разрабатывает и совершенствует анализ вычислительного потока пространственно-временного вычислительного потока, структуру, которую он внедрил в 1990 году для решения некоторых из самых сложных проблем в реальной жизни в динамике жидкости. Большая часть этой работы имела место в Райсе с 1998 года и в сотрудничестве с Кенджи Такизавой, профессором машиностроения в Университете Васеда, с 2007 года.

Работа теперь привлекает еще больше международного внимания. Новый книга Tezduyar в соавторстве с Takizawa «Анализ вычислительного потока космического времени: хронологический каталог нетрадиционных методов и первоначальные решения», хроника прорывов-но более широкая история заключается в том, как это исследование изменяет отрасль, начиная от медицины до аэрокосмической.

Тездуяр сказал, что то, что делает их работу уникальной, является двойной: объем проблем, которые они могут решить, и уровень верности, которую они достигают.

«Очень немногие люди в мире могут решить этот диапазон проблем так точно», – сказал он. «Мы принимаем проблемы, которые другие считали неразрешимыми, и мы находим способ точного моделирования их, создавая высококачественные представления истинного решения».

Проблемы, с которыми команда Tezduyar-Takizawa решила замечательный диапазон реальных проблем. Их моделирование помогло НАСА по приземлению парашютов для космического корабля Ориона, обеспечив безопасное возвращение астронавтов на Землю. В медицине пространственно-временной анализ использовался для имитации кровотока через сердечные клапаны с беспрецедентной точностью, предоставляя хирургам лучшую информацию для персонализированных хирургических процедур для расстройств аорты и сердечного клапана.

При транспортировке производители шин могут использовать свои симуляции для повышения производительности и охлаждения шин, снижая риск повреждения шин. И в возобновляемая энергияих модели помогают предсказать, как турбулентный запуск ветряных турбин влияет на поблизости. маленький самолетбеспилотники и даже дикая природа, предлагая критические идеи для избежания этих пробуждений и для более безопасного размещения турбинных полей.

Традиционные моделирования используют различные методы для пространства и времени представлений о моделях потока с сложными методами представления, разработанными в последние десятилетия, нацеленные на представление потока в пространстве. Взгляд Тездуяра с 1990 года объединяет два представления.

«В реальной жизни паттерны потока зависят не только на местоположении, но и на момент времени», – сказал он. «Вы не можете недооценить его и рассчитывать получить лучший ответ. Наш метод уникально обеспечивает представление высокой точки зрения в обоих измерениях».

Тездуяр объяснил, что сложность геометрии системы почти всегда создает одинаково сложные паттерны потока, которые меняются как в пространстве, так и во времени. Для наилучшего решения методы компьютерного моделирования должны быть столь же сложными при представлении шаблонов потока во времени, как и в представлении шаблонов потока в пространстве-подвиг, достигаемый анализом вычислительного потока пространства-времени.

Подход также позволяет команде Tezduyar-Takizawa разместить высокую плотность вычислительных «точек», где они важнее кровотокПолем В то время как традиционные методы требуют выбора между нереалистичными пробелами и уменьшением плотности точек, моделирование Tezduyar и Takizawa без каких -либо пробелов или сниженной точностью в представлении паттернов потока.

Тездуяр подчеркнул, что работа-это не только уравнения, но и реагировать на реальные проблемы.

«Многие из наших проектов начались, потому что кто -то пришел к нам с проблемой, которую они хотели решить», – сказал он. «Будь то НАСА, армия США или исследователь шин, им нужны были ответы, которые не были доступны с существующими инструментами».

От идеи, впервые изученной в 1990-х годах до десятилетий реальных решений, Тездуяр является настоящим пионером в своей области.

«В течение многих лет после того, как я впервые начал, это были только я и несколько бывших студентов, которые использовали эти методы, но теперь в этом классе вычислений проявляется повышенный интерес и усилия, что делает эту книгу своевременно», – сказал Тездуяр. «Мы не заинтересованы в простых проблемах или быстрых ответах. Мы хотим, чтобы сложные проблемы и лучшая точность, потому что в реальном мире это то, что имеет значение».