Academic Journal
COMPUTER SIMULATION OF SELF-ORGANIZATION OF CLUSTER SYSTEMS: DEPENDENCE OF STRUCTURE OF GENESIS AND CONTROL PARAMETERS
| Τίτλος: | COMPUTER SIMULATION OF SELF-ORGANIZATION OF CLUSTER SYSTEMS: DEPENDENCE OF STRUCTURE OF GENESIS AND CONTROL PARAMETERS |
|---|---|
| Πηγή: | Технічні науки та технології; № 4(14) (2018): Технічні науки та технології; 153-161 Technical sciences and technology; No. 4(14) (2018): Technical sciences and technologies; 153-161 Технические науки и технологии; № 4(14) (2018): Технические науки и технологии; 153-161 |
| Στοιχεία εκδότη: | Національний університет «Чернігівська політехніка», 2021. |
| Έτος έκδοσης: | 2021 |
| Θεματικοί όροι: | комп'ютерне моделювання, self-organizing criticality, структура кластера, 0211 other engineering and technologies, 02 engineering and technology, cluster formation, кластерообразование, компьютерное моделирование, самоорганизующаяся критичность, перколяционные задачи с самоорганизацией, 01 natural sciences, interaction of particles, cluster structure, взаємодія часток, computer modelling, перколяційні задачі із самоорганізацією, 0103 physical sciences, percolation problems with self-organization, самоорганізована критичність, взаимодействие частиц, кластероутворення |
| Περιγραφή: | Urgency of the research. Percolation methods show high efficiency in the study of matter, genesis and evolution of connected regions in materials. In such problems, the cluster system of the physical body and its impact on the object as a whole are studied. The study of the structure and properties of percolation clusters will make it possible to investigate and predict the behavior of objects (solids) under various environmental conditions, the genesis of their formations in time.Target setting. The practical investigation of cluster systems in solids is associated with the complexity and labor intensity of the experiments. The main problems are that to obtain reliable information about the structure and properties it is necessary to synthesize clusters with a wide range of parameters and create a reliable system for their diagnostics.Actual scientific researches and issues analysis. The article reviews recent publications in Ukrainian and foreign journals, including experimental and theoretical papers containing studies of self-organizing criticality.Uninvestigated parts of general matters defining. In the above studies, the possibilities of describing the processes of generation and evolution of cluster systems in solids are expanding; there is a hypothesis that allows significantly increase the number of variants of cluster formation.The research objective. To conduct simulation of cluster formation with interacting elements using the Monte Carlo method. To determine the dependence of the parameters of self-organizing percolation systems on the degree of self-organization, the correlation length, the generation rate of the system, and other parameters. To get analytical expressions for dependencies and relative error values.The statement of basic materials. To solve the problems associated with the practical study of cluster systems, a software complex for modeling cluster formation has been developed, in which the cluster-cluster and cluster-particle interactions are simulated. In the model, a multidimensional percolation problem is solved. As an algorithm for the growth of clusters, a path to increase sequentially a given number of particles is used.Conclusions. Computer calculations carried out, in particular, by the Monte Carlo method, give the most reliable predictions of the properties of percolation systems. Analytic expressions are obtained for the dependences of the power of an infinite cluster, its radius, the degree of anisotropy and lacunarity from the aggregation distance, on the number of particles generated at each iteration, and on the number of acts of interaction between the elements of the cluster system, and also the first three dimensions of the Renyi spectrum are calculated. Актуальность темы исследования. Перколяционные методы показывают высокую эффективность при исследовании вещества, генезиса и эволюции связных областей в материалах. В таких задачах изучается и кластерная система физического тела, и её воздействие на объект в целом. Изучение структуры и свойств перколяционных кластеров позволит исследовать и прогнозировать поведение объектов (твердых тел) в различных условиях внешней среды, генезис их образований во времени.Постановка проблемы. Практическое исследование кластерных систем в твердых телах связано со сложностью и трудоёмкостью экспериментов. Основные проблемы заключаются в том, что для получения достоверной информации о структуре и свойствах необходимо синтезировать кластеры с широким диапазоном параметров и создать надёжную систему их диагностики.Анализ последних исследований и публикаций. В статье приводится обзор последних публикаций в украинских и зарубежных журналах, включая экспериментальные и теоретические работы, содержащие исследования самоорганизующейся критичности.Выделение неисследованных ранее частей общей проблемы. В приведённых исследованиях расширяются возможности описания процессов генерации и эволюции кластерных систем в твёрдых телах; содержится гипотеза, которая позволяет существенно увеличить количество вариантов кластерообразования.Постановка задачи. Провести имитационное моделирование кластерообразования с взаимодействующими элементами при помощи метода Монте-Карло. Определить зависимости параметров самоорганизующихся перколяционных систем от степени самоорганизации, длины корреляции, скорости генерации системы и других параметров. Получить аналитические выражения зависимостей и значения относительной погрешности.Изложение основного материала. Для решения задач, связанных с практическим исследованием кластерных систем, разработан программный комплекс моделирования кластерообразования, в котором имитируется взаимодействие кластер-кластер и кластер-частица. В модели решается многомерная перколяционная задача. В качестве алгоритма роста кластеров используется путь последовательного наращивания заданного количества частиц.Выводы относительно статьи. Компьютерные расчёты, проведенные, в частности, методом Монте-Карло, дают наиболее надежные предсказания свойств перколяционных систем. В работе получены аналитические выражения для зависимостей мощности бесконечного кластера, радиус-вектора центра масс, степени анизотропии и фрактальной размерности от расстояния агрегации, от количества частиц, сгенерированных на каждой итерации, и от количества актов взаимодействия между элементами кластерной системы. Актуальність теми дослідження. Перколяційні методи показують високу ефективність під час дослідження речовини, генезису й еволюції зв'язкових областей у матеріалах. У таких задачах вивчається і кластерна система фізичного тіла, і її вплив на об’єкт загалом. Вивчення структури та властивостей перколяційних кластерів дозволить досліджувати і прогнозувати поведінку об’єктів (твердих тіл) у різних умовах зовнішнього середовища, генезис їх утворень у часі.Постановка проблеми. Практичне дослідження кластерних систем у твердих тілах пов’язано зі складністю і трудомісткістю експериментів. Основні проблеми полягають у тому, що для отримання достовірної інформації про структуру і властивості необхідно синтезувати кластери із широким діапазоном параметрів і створити надійну систему їх діагностики.Аналіз останніх досліджень і публікацій. У статті наведено огляд останніх публікацій в українських і закордонних журналах, включаючи експериментальні й теоретичні роботи, що містять дослідження самоорганізованої критичності.Виділення недосліджених частин загальної проблеми. У наведених дослідженнях розширюються можливості опису процесів генерації та еволюції кластерних систем у твердих тілах; міститься гіпотеза, що дозволяє істотно збільшити кількість варіантів кластероутворення.Постановка завдання. Провести імітаційне моделювання кластероутворення із взаємодіючими елементами за допомогою методу Монте-Карло. Визначити залежності параметрів перколяційних систем, що самоорганізуються, від ступеня самоорганізації, довжини кореляції, швидкості генерації системи та інших параметрів. Отримати аналітичні вирази залежностей та значення відносної похибки.Виклад основного матеріалу. Для вирішення задач, пов’язаних із практичним дослідженням кластерних систем, розроблено програмний комплекс моделювання кластероутворення, у якому імітується взаємодія кластер-кластер і кластер-частка. У моделі вирішується багатовимірна перколяційна задача. Як алгоритм зростання кластерів використовується шлях послідовного нарощування заданої кількості часток.Висновки відповідно до статті. Комп'ютерні розрахунки, проведені, зокрема, методом Монте-Карло, дають найбільш надійні передбачення властивостей перколяційних систем. У роботі отримані аналітичні вирази для залежностей потужності нескінченного кластера, радіус-вектора центра мас, ступеня анізотропії та фрактальної розмірності від відстані агрегації, від кількості часток, генерованих на кожній ітерації, та від кількості актів взаємодії між елементами кластерної системи. |
| Τύπος εγγράφου: | Article |
| Περιγραφή αρχείου: | application/pdf |
| Γλώσσα: | Ukrainian |
| ISSN: | 2411-5363 2519-4569 |
| Σύνδεσμος πρόσβασης: | http://tst.stu.cn.ua/article/view/172698 |
| Rights: | CC BY NC |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edsair.scientific.p..e5ab2e90a5c3fde8331d7921d446050c |
| Βάση Δεδομένων: | OpenAIRE |
| ISSN: | 24115363 25194569 |
|---|