Проект направлен на математическое моделирование структурно-фазовых превращений в многокомпонентных веществах фазово-полевыми методами и создание эффективной веб-платформы открытого доступа для проведения коллективных научных исследований по моделированию структурно-фазовых переходов в многокомпонентных системах. Фактически, проблема, на решение которой направлен проект, состоит из двух принципиальных частей: 1) многомасштабное физико-математическое моделирование динамики кристаллизации на микро- и мезоуровнях. Для этого предполагается развить одни из наиболее перспективных подходов в этом направлении – метод фазового поля и метод кристаллического фазового поля. 2) создание программных комплексов для проведения вычислительных экспериментов с помощью разработанных моделей и объединение этих программных комплексов в единый облачный сервис открытого доступа, позволяющий проводить крупносерийные и комплексные вычисления, анализ и обработку данных, обмен результатами и их совместное обсуждение.
Многомасштабное физико-математическое моделирование динамики кристаллизации на микро- и мезоуровнях, а также разработка программных комплексов для проведения вычислительных экспериментов с помощью разработанных моделей и объединение этих программных комплексов в единый облачный сервис открытого доступа являются безусловно значимыми и актуальными задачами современной науки, отвечающим как современным требованиям научного сообщества в части решения модифицированными классическими и принципиально новыми методами целого ряда задач моделирования физический явлений и сред, имеющих фундаментальное и прикладное значение в материаловедении, экологии, аддитивных технологиях и т.д., так и вызовам времени в части необходимости кросс-платформенного взаимодействия групп учёных с требованиями проведения значительного числа совместных расчетов, визуализации и верификации результатов моделирования и получения доступа и возможности сохранения датасетов экспериментальных данных, имеющихся у различных ученых по всему миру.
В части планируемых исследований многомасштабного физико-математического моделирования динамики кристаллизации на микро- и мезоуровнях, результаты проекта получить ряд позволят:
- разработать ряд принципиально новых вычислительных методов решения уравнения кристаллического фазового поля для моделирования бинарных соединений,
- получить новые математические модели кинетики фазовых переходов в метастабильных системах,
- существенно продвинуться в исследовании высокоскоростного затвердевания бинарных сплавов фазово-полевым методом в применении к задачам роста кристаллов,
- получить новые знаковые результаты в части описания быстрого роста кристаллов в поликристаллических сплавах фазово-полевой моделью,
а также обобщить в целом существующую теорию фазового поля для моделирования многокомпонентных соединений, расширив ее за счет учета целого ряда существенных физически обоснованных факторов.
Разрабатываемый же на основе решаемых в рамках проекта задач физико-математического моделирования облачный научный сервис (подчеркнём широкую мировую практику для климатических, транспортных и иных систем, однако отсутствие на сегодняшний день данного инструмента у научно-исследовательских групп для решения задач, указанных в данном проекте) даст возможность экспериментаторам получать точные аналитические данные для конкретного случая и эксперимента. Открытый и простой доступ к расчетным моделям в виде облачного сервиса соответствует тренду на легкую проверяемость расчетов и публикуемых результатов. Кроме того формируется преимущество в «конкуренции» моделей. Научный веб-сервис значительно повышает интерес к публикациям коллектива, способствует кратному увеличению числа цитирований. Мировая практика показывает, что готовые к расчету модели создают отличную основу для международных коллабораций ученых на базе страны и исследовательских центров — владельцев такой расчетной инфраструктуры и своим функционированием обеспечивает катализацию проводимых исследований, повышая возможности получения прорывных научных результатов. Продвижение подобных научных веб-сервисов успешно проходит на профильных международных конференций, позволяет проводить эксперименты прямо во время их работы, не только обеспечивает прогрессивные представление новейших разработок, но и создает дополнительный интерес к докладам, развивает научный нетворкинг. В зависимости от популярности научного направления в пользование научным веб-сервисом можно вовлечь до трети исследователей данной области. Для рассматриваемых задач число, по опыту конференций последних лет, можно оценить приблизительно в 400 состоявшихся исследователей. Таким образом можно расчитывать на содержательное взаимодействие с более чем ста учеными по всему миру. Результатами такого взаимодействия станет совместное написание статей, обмен данными, участие в международных грантах и программах исследований, а также привлечение студентов в магистратуру Уральского федерального университета. Все это позволит не только провести на мировом уровне ряд новых исследований в области структурно-фазовых превращений в многокомпонентных веществах, но сформировать научный и технический задел в этой области и значительно способствовать прикладным результатам: созданию передовых и усовершенствованию применяемых технологий.
