В проекте будет исследован наиболее современный подход к моделированию образования и роста кристаллической структуры металлов – метод кристаллического фазового поля в модифицированной (гиперболической) постановке (Modified Phase Field Crystal: MPFC). Основным преимуществом метода MPFC перед стандартным атомистическим моделированием (например, молекулярной динамики) является возможность моделирования эволюции структуры на продолжительных отрезках времени при относительно небольшом использовании компьютерных ресурсов и относительно малых затратах физического времени расчета. MPFC является очень удобным и фундаментально обоснованным описанием, связывающим нано- и мезо-масштабные процессы при эволюции структур. Компьютерное моделирование трехмерных структур данным методом является актуальной, перспективной, но сложной вычислительной задачей и требует высокопроизводительного оборудования, что стало причиной появления первых результатов трехмерных расчетов только после 2010г. Однако в полной мере полномасштабное моделирование методом MPFC не осуществлялось до сих пор из-за отсутствия эффективного инструментария для проведения расчетов. Результаты исследований данного проекта позволят разработать такой инструментарий и оценить его эффективность специальными вычислительными экспериментами. Ожидаемые результаты и их значимость. Используя существующий исследовательский задел, планируется разработать вычислительные алгоритмы и программные средства для решения задачи MPFC в постановках, представляющих существенный научный и прикладной интерес. Планируемые в проекте научные исследования важны для моделирования новых материалов и их последующего синтеза из метастабильного и неравновесного состояний с целью их использования в науках о материалах, биофизике, медицинской физике и других областях прикладной науки. Кроме этого, программный модуль, разработанный в рамках проекта, можно использовать для решения прикладных задач в металлургическом производстве. Среди них определение условий технологического процесса для получения металлических отливок с заданными свойствами, прогнозирование дефектов кристаллической структуры при литье, оценка качества специальных покрытий и многие другие. Повышение эффективности производства за счет системного использования численного моделирования технологических процессов и последующей оптимизации может существенно повысить рентабельность предприятия и дать возможность улучшить качество и освоить выпуск новых видов продукции.
