семинары
04.03.2026
Аннотация:
В работе представлен разработанный программный комплекс Sibernetic,
предназначенный для трехмерного численного моделирования задач гидродинамики и
биомеханики на основе методов сглаженных частиц (SPH/PCISPH). Комплекс
реализует единый вычислительный подход к моделированию динамики вязкой
несжимаемой жидкости, эластичных тел, мембранных структур и активных мышечных
элементов в рамках механики сплошных сред.
В составе комплекса реализованы алгоритмы расчёта:
● гидродинамики вязкой жидкости с учетом слабой сжимаемости и вязкого
трения;
● деформируемых эластичных тел на основе системы частиц и упругих связей;
водонепроницаемых мембранных поверхностей;
● активных мышечных волокон, способных генерировать направленные силы
сокращения под действием управляющего сигнала.
Отдельное внимание уделено вычислительной эффективности: в комплексе
реализованы алгоритмы распараллеливания метода PCISPH на несколько
графических процессоров (multi-GPU), что обеспечивает масштабируемость расчётов
и возможность моделирования систем, содержащих сотни тысяч и миллионы частиц.
На основе разработанного комплекса создана трёхмерная биомеханическая модель
организма Caenorhabditis elegans, включающая упругую оболочку тела, внутреннюю
жидкость под давлением и распределённую мышечную систему. Проведена
параметрическая идентификация механических характеристик модели (эффективный
модуль Юнга оболочки, максимальная сила сокращения мышечных клеток, вязкость
окружающей среды) с использованием численных экспериментов.
Для определения фактической динамической вязкости моделируемой жидкости
предложен и реализован метод численного измерения на основе закона Стокса (по
установившейся скорости падения шара). Исследовано влияние шага интегрирования
по времени на устойчивость расчётов, несжимаемость жидкости и корректность
воспроизведения ламинарных режимов течения.
С использованием комплекса Sibernetic проведён ряд вычислительных экспериментов
по моделированию плавания в жидкости и ползания по поверхности гелеобразной
среды. Показано, что модель воспроизводит характерные биомеханические и
гидродинамические закономерности: зависимости скорости движения от вязкости
среды, согласованные значения числа Рейнольдса, реалистичные частоты и длины
волн изгиба тела, а также особенности взаимодействия с вязкоупругой поверхностью.
Полученные результаты демонстрируют, что разработанный программный комплекс
обеспечивает физически согласованное совместное моделирование жидкости,
деформируемых тел и активных мышечных структур и может использоваться как
универсальная платформа для решения задач гидродинамики и биомеханики в рамках
механики сплошных сред.
Ссылка для подключения: https://hydro.ktalk.ru/vcvy436peue2
Семинар «Гемодинамика»
Уважаемые коллеги, во вт 10.03 в 14:30 НСК с докладом «Эффективные алгоритмы высокопроизводительного моделирования в гидродинамике и биомеханике на гетерогенных системах» выступит Хайрулин Сергей Сергеевич, Институт систем информатики СО РАН.Аннотация:
В работе представлен разработанный программный комплекс Sibernetic,
предназначенный для трехмерного численного моделирования задач гидродинамики и
биомеханики на основе методов сглаженных частиц (SPH/PCISPH). Комплекс
реализует единый вычислительный подход к моделированию динамики вязкой
несжимаемой жидкости, эластичных тел, мембранных структур и активных мышечных
элементов в рамках механики сплошных сред.
В составе комплекса реализованы алгоритмы расчёта:
● гидродинамики вязкой жидкости с учетом слабой сжимаемости и вязкого
трения;
● деформируемых эластичных тел на основе системы частиц и упругих связей;
водонепроницаемых мембранных поверхностей;
● активных мышечных волокон, способных генерировать направленные силы
сокращения под действием управляющего сигнала.
Отдельное внимание уделено вычислительной эффективности: в комплексе
реализованы алгоритмы распараллеливания метода PCISPH на несколько
графических процессоров (multi-GPU), что обеспечивает масштабируемость расчётов
и возможность моделирования систем, содержащих сотни тысяч и миллионы частиц.
На основе разработанного комплекса создана трёхмерная биомеханическая модель
организма Caenorhabditis elegans, включающая упругую оболочку тела, внутреннюю
жидкость под давлением и распределённую мышечную систему. Проведена
параметрическая идентификация механических характеристик модели (эффективный
модуль Юнга оболочки, максимальная сила сокращения мышечных клеток, вязкость
окружающей среды) с использованием численных экспериментов.
Для определения фактической динамической вязкости моделируемой жидкости
предложен и реализован метод численного измерения на основе закона Стокса (по
установившейся скорости падения шара). Исследовано влияние шага интегрирования
по времени на устойчивость расчётов, несжимаемость жидкости и корректность
воспроизведения ламинарных режимов течения.
С использованием комплекса Sibernetic проведён ряд вычислительных экспериментов
по моделированию плавания в жидкости и ползания по поверхности гелеобразной
среды. Показано, что модель воспроизводит характерные биомеханические и
гидродинамические закономерности: зависимости скорости движения от вязкости
среды, согласованные значения числа Рейнольдса, реалистичные частоты и длины
волн изгиба тела, а также особенности взаимодействия с вязкоупругой поверхностью.
Полученные результаты демонстрируют, что разработанный программный комплекс
обеспечивает физически согласованное совместное моделирование жидкости,
деформируемых тел и активных мышечных структур и может использоваться как
универсальная платформа для решения задач гидродинамики и биомеханики в рамках
механики сплошных сред.
Ссылка для подключения: https://hydro.ktalk.ru/vcvy436peue2