Содержание к диссертации
Введение
1. ОБЗОР МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИКИ И СВоЛтв МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ 14
1.1. Метод квантовой молекулярной динамики 14
1.2. Кластерные методы квантовой химии 15
1.2.1. Метод молекулярной механики 17
1.2.2. Полуэмпирические методы 19
1.2.3. Неэмпирические методы 22
1.3. Методы частиц 24
1.3.1.Классическая молекулярная динамика 25
1.3.1.1. Ионная модель 26
1.3.1.2. Ионно-ковалентная модель (ИКМ) 28
1.3.2. Метод Монте Карло 30
1.3.2.1. Модель с потенциалом..31
1.3.2.2. Решеточная модель33
1.4 Методы расчета энергетических параметров 34
1.4.1. Методы оценки энергии связи 34
1.4.2. Параметризация потенциальных функций 35
1.5. Выводы 38
2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ МЕЖЧАСТИЧНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В
ПОЛИМЕРИЗУЮЩИХСЯ РАСПЛАВАХ НА ОСНОВЕ КВАНТОВО-
ХИМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ 39
2.1. Система классов математических моделей программного комплекса.. 40
2.2. Анализ потенциальных функций, используемых в различных моделях сильновзаимодействующих систем 43
2.2.1.Приближение парного сферически симметричного потенциала 43
2.2.2. Приближение ковалентного потенциала 46
2.2.3. Ионно-ковалентное приближение 47
2.3. Разработка моделей потенциальных функций, основанных на квантово- химическом моделировании методом MNDO 52
2.3.1. Основные положения математической модели для квантово-химических расчетов 53
2.3.2. Построение моделей представительных кластеров 60
2.3.3 Исследование применимости MNDO-расчетов для построения потенциальных кривых 67
2.3.3.1. Энергия связи 68
2.3.3.2. Энергия напряжения 70
2.3.3. Методика построения парных потенциальных функций на основе двухцентровых энергий 72
2.3.4. Методика построения потенциальных функций для ионно- ковалентной модели с учетом ближайшего окружения 77
2.4. Выводы 83
3. ПОДСИСТЕМА КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ИИС «ШЛАКОВЫЕ РАСПЛАВЫ» 85
3.1. Постановка задачи создания подсистемы квантово-химического моделирования 85
3.2. Архитектура и состав системы «Шлаковые расплавы» 86
3.3. Разработка программного комплекса квантово-химического моделирования 90
3.3.1. Основные этапы работы программы MNDO 91
3.3.1. Программа-адаптер MNDO 93
3.3.2. База данных квантово-химического моделирования 96
3.3.2.1. Построение концептуальной мод ел и 96
3.3.2.2. Построение логической модели 97
3.3.2.3. Физическая реализация базы данных 100
3.4. Интеграция подсистемы квантово-химического моделирования в ИИС «Шлаковые распоавы» 103
3.5. Выводы 109
4. КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖЧАСТИЧНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 110
4.1. Методика расчета двухцентровых энергий в представительном кластере с помощью программы MNDO 110
4.2. Индивидуальные оксиды 111
4.2.1. Система Si-O-(A) 112
4.2.2.Система В- 0-(А) 117
4.2.3. Система Al-O-(A) 120
4.3. Исследование влияния на связь катионов-сеткообразователей 123
4.3.1. Система Si-O-В 123
4.3.2. Система Si-0-Al 128
4.2.1. Система В-0-А1 133
4.4. Исследование влияния на связь катионов-модификаторов 139
4.4.1.Системы содержащие одновалентные катионы-модификаторы 139
4.4.2. Системы, содержащие двухвалентные катионы-модификаторы 143
4.5. Параметризация суперпозиционных потенциалов с физически обоснованными вкладами 147
4.7. Выводы 154
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 156
- Кластерные методы квантовой химии
- Система классов математических моделей программного комплекса..
- Архитектура и состав системы «Шлаковые расплавы»
Введение к работе
Актуальность темы
Современные решения в области создании материалов с заранее заданными свойствами базируются не только на классических методах и результатах черной и цветной металлургии, но и активно используют компьютерное моделирование. Большое число задач связано с исследованием и разработкой новых технологических процессов для получения сталей и сплавов с заранее заданными свойствами. Эти процессы включают в себя изучение природы и строения металла и шлака.
Широкое развитие получили такие методы математического моделирования свойств и структуры расплавов как методы молекулярной динамики(МД) и Монте-Карло(МК) с возможностями прогнозирования. Достоверность их результатов определяется корректностью оценки энергий взаимодействия атомов. Эмпирические потенциалы, наиболее часто применяемые в подобных расчетах, приводят, как правило, к удовлетворительному соответствию с некоторыми экспериментально наблюдаемыми характеристиками расплавов, поскольку основные параметры потенциалов определяются на основе тех же или аналогичных экспериментальных данных.
Для строгого решения задачи прогнозирования необходима неэмпирическая, первопринципная оценка потенциалов взаимодействия. Это одна из основных проблем компьютерного эксперимента МД- и МК-методами, которая чрезвычайно сложна и связана с проблемой многих тел и учетом многочастичных взаимодействий, при перераспределении электронной плотности.
Реализация независимого подхода возможна при использовании квантово-химических методов для расчета потенциальных параметров, в частности метода МПДДП (модифицированное пренебрежение двухатомным дифференциальным перекрыванием).
Рядом авторов: Г.П.Вяткин, Л.И.Воронова, О.И.Бухтояров, Б.С.Воронцов, Д.К.Белащенко, М.С.Девар, А.А.Близнюк, А.А.Войтюк и др. были разработаны подходы к описанию энергетики межчастичного взаимодействия в оксидных расплавах, которые были реализованы в локальных программных комплексах.
В настоящее время актуальна разработка более реалистичных моделей межчастичного взаимодействия в полимеризующихся оксидных расплавах, учитывающих влияние частиц в полианионных комплексах на потенциалы парного взаимодействия и их реализация в программном комплексе информационно-исследовательской системы (ИИС) «Шлаковые расплавы» с удаленным доступом через Интернет.
Объект исследования:
Объектами исследования являются полимеризующиеся оксидные расплавы.
Предмет исследования - межчастичное взаимодействие в оксидных расплавах.
Цель и задачи исследования:
Целью работы является разработка математических моделей и методов построения потенциальных функций межчастичного взаимодействия для полимеризующихся оксидных расплавов, разработка программного комплекса квантово-химического моделирования и базы данных молекулярных моделей для молекулярно-динамического моделирования.
Для достижения цели были сформулированы следующие задачи:
Исследование возможности применения полуэмпирического квантово-химического метода МПДДП для построения потенциальных функций межчастичного взаимодействия полимеризующихся оксидных расплавов;
Разработка моделей представительных кластеров для МПДДП-моделирования многокомпонентных оксидных систем разной степени сложности, адекватно передающие их свойства и позволяющие рассчитывать парные межчастичные взаимодействия, а также влияние атомов ближайшего окружения на связь.
Разработка методики построения парных потенциальных функций на основе расчетов двухцентровых энергий связей в самосогласованном поле (ССП-расчет) для кластеров с варьируемыми геометрическими параметрами для молекулярно-динамического моделирования в ионно-ковалентной модели.
Разработка методики построения потенциальных функций с учетом ближайшего окружения на основе двухцентровых энергий для МД-моделирования многокомпонентных оксидных расплавов.
Проектирование и реализация базы данных молекулярных моделей и результатов квантово-химических расчетов для ее автоматизированного использования подсистемой молекулярно-динамического моделирования.
Разработка программы-адаптера для МПДДП для реализации многосерийных расчетов методом варьирования параметра (длины связи) и передачу результатов в базу данных квантово-химического моделирования.
Разработка программного комплекса (подсистемы) по квантово-химическому моделированию оксидных расплавов и его интеграция в ИИС «Шлаковые расплавы», объединяющего программу МПДДП, программу-адаптер и базу данных квантово-химических расчетов (молекулярных моделей).
Проведение компьютерных экспериментов по МПДДП-моделированию серий представительных кластеров разной степени сложности для индивидуальных оксидов и бинарных оксидных систем с целью получения базовых данных для построения моделей межчастичного взаимодействия на основе двухцентровых энергий.
Построение и анализ потенциальных кривых парного межчастичного взаимо-действия (сеткообразователь-кислород, модификатор-кислород) и с учетом бли-жайшего окружения (сеткообразователь-кислород-атом ближайшего окружения)
Аналитическое описание и параметризация потенциальных кривых с выделением вкладов описывающих короткодействующее отталкивание, кулоновское взаимодействие и ковалентные добавки, с целью представления
результатов МПДДП-расчетов в виде наиболее удобном для молекулярно-динамического моделирования.
Методы исследования:
Поставленные в диссертационной работе задачи решаются на основе метода МПДДП, метода вариации произвольной постоянной, метода частиц, метода полиномиальной регрессии, теории вероятностей и математической статистики с применением новых информационных технологий.
Научная новизна:
В работе новыми являются следующие результаты:
в результате исследования применимости полуэмпирического квантово-химического метода МПДДП для построения потенциальных функций через энергию атомизации комплекса, энергию напряжения комплекса, двухцентровую энергию, показана возможность построения потенциальных функций межчастичного взаимодействия оксидных расплавов на основе двухцентровых энергий;
разработаны методики построения потенциальных функций на основе квантово-химического моделирования;
построены математические модели трансферабельных потенциальных функций парного межчастичного взаимодействия (сеткообразователь-кислород, модификтор-кислород) и с учетом ближайшего окружения (сеткообразователь-кислород-атом ближайшего окружения, на основе МПДДП-моделирования, позволяющие рассчитывать энергетику базовых элементов структуры полимеризующихся оксидных расплавов для дальнейшего использования в качестве входных данных для МД и МК методов;
разработана и интегрирована в информационно-исследовательскую систему с удаленным доступом «Шлаковые расплавы» подсистема квантово-химического моделирования, включающая программу МПДДП с адаптером, связывающим ее с базой данных молекулярных моделей, обеспечивающая построение потенциальных функций на основе двухцентровых энергий;
для ряда наиболее распространенных в металлургических шлаках оксидных систем проведены компьютерные эксперименты по квантово-химическому моделированию индивидуальных оксидов-сеткообразователей и бинарных систем, содержащих оксиды-сеткообразователи и оксиды-модификаторы с целью получения базовых данных для построения моделей межчастичного взаимодействия на основе двухцентровых энергий;
рассчитана система самосогласованных параметров суперпозиционных потенциалов с физически обоснованными вкладами, описывающими короткодействующее отталкивание, кулоновское взаимодействие и ковалентные добавки;
высказаны рекомендации по использованию полученных потенциальных функций для молекулярно-динамического моделирования.
Теоретическая значимость работы:
Использование квантово-химических методов, ориентированных на определение структуры и реакционной способности молекулярных комплексов, позволяет провести независимое построение потенциальных функций и
предложить набор самосогласованных параметров суперпозиционного потенциала, с учетом ковалентных взаимодействий и влияния атомов ближайшего окружения на связь.
Учет влияния атомов ближайшего окружения элементарных структурных группировок на потенциалы в полимеризующихся расплавах существенно повышает адекватность математического описания физико-химических свойств оксидных расплавов, относящихся к структурно неоднородным системам с медленно развивающимися процессами.
Математические модели потенциальных функций, построенные на основе усреднения результатов квантово-химического моделирования кластеров нарастающей сложности являются трансферабельными, что обеспечивает возможность их использования в качестве входных данных для МД и МК моделирования многокомпонентных оксидных расплавов, расширяя рамки компьютерного эксперимента для этих систем.
Практическая значимость работы:
Разработка программного комплекса в виде подсистемы квантово-химического моделирования и интеграция ее в информационно-исследовательскую систему с удаленным доступом «Шлаковые расплавы» существенно расширяет возможности вычислительного эксперимента в физической химии оксидных расплавов, позволяя прогнозировать комплекс свойств оксидных расплавов, а также исследовать влияние механизма межчастичного взаимодействия,, описанного с разным уровнем приближения (ионное, ковалентное, ионно-ковалентное) на эти свойства. Полученные данные позволяют установить взаимосвязь между характером межчастичных взаимодействий в расплаве и свойствами системы, что позволяет глубже вникнуть в природу расплавленных систем и использовать эти данные при создании новых технологий для металлургических процессов.
Результаты работы расширяют наши знания о природе полимеризующихся шлаковых расплавов, а созданный инструментарий и разработанные методики углубляют и облегчают возможности исследования оксидных систем методами компьютерного моделирования.
Рекомендации по использованию:
Результаты работы могут быть использованы в таких областях науки как компьютерное моделирование, физическая химия, теория металлургических процессов, а также в черной и цветной металлургии, стекольной и цементной промышленности при создании новых технологий.
Достоверность результатов обеспечивается проверкой соответствия результатов моделирования данным натурных экспериментов, публикациями в реферируемых журналах, участием в тематических конференциях, регистрацией разработок в Отраслевом фонде алгоритмов и программ Государственного координационного центра информационных технологий.
На защиту выносятся следующие научные положения: 1. Результаты исследования примененимости полуэмпирического квантово-химического метода МПДДП для построения потенциальных функций межчастичного взаимодействия оксидных расплавов на основе двухцентровых
энергий: возможно построение потенциальных функций на основе двухцентровых энергий.
Методики построения парных потенциальных функций и потенциальных функций с учетом ближайшего окружения на основе МПДДП-расчетов двухцентровых энергий связей в самосогласованном поле (ССП-расчет) для Si02, В203, Al203j Si02-B203, Si02-Al203, B203-Al203j Si02-Na20, Si02-CaO, Si02-MgO, B203-Na20, B203-CaO, Al203-Na20, Al203-MgO.
Математические модели трансферабельных потенциальных функций парного межчастичного взаимодействия (сеткообразователь-кислород, модификтор-кислород) и с учетом ближайшего окружения (сеткообразователь-кислород-атом ближайшего окружения, построенные на основе квантово-химического моделирования методом МПДДП и позволяющие рассчитывать энергетику базовых элементов структуры полимеризующихся оксидных расплавов для дальнейшего использования в качестве входных данных для МД и МК методов; модели разработаны для индивидуальных оксидов (Si02, В203, А1203), бинарных систем с оксидами-сеткообразователями (Si02-B203, Si02-Al203, В203-А1203), бинарных систем с оксидами-сеткообразователями и оксидами-модификаторами (Si02-Na20, Si02-CaO, Si02-MgO, B203-Na20, B203-CaO, A1203-Na20, Al203-MgO).
Результаты параметризации суперпозиционных потенциалов с физически обоснованными вкладами, описывающими короткодействующее отталкивание, кулоновское взаимодействие и ковалентные добавки, с целью представления результатов МПДДП-расчетов в виде наиболее удобном для молекулярно-динамического моделирования.
Система квантово-химического моделирования ИИС «Шлаковые расплавы», интегрирующая программу МПДДП, программу-адаптер, реализующую многосерийные расчеты методом варьирования параметра и автоматизированную передачу результатов в базу данных квантово-химического моделирования и базу данных молекулярных моделей содержащую результаты квантово-химических расчетов.
Результаты квантово-химического моделирования индивидуальных оксидов-сеткообразователей Si02, В203, А1203, бинарных систем, содержащих
оксиды-сеткообразователи Si02- В203, Si02- А1203, В203 - А1203и оксиды-сеткообразователи/оксиды-модификаторы Si02 - CaO, Si02 - MgO, Si02 - Na20, B203-CaO, Al203-Na20, Al203-CaO, Al03-MgO, как наиболее распространенных в металлургических шлаках, систем с целью получения базовых данных для построения моделей межчастичного взаимодействия на основе двухцентровых энергий.
Личный вклад соискателя. Автором лично выполнены следующие теоретические и прикладные разработки: разработаны методики построения и модели трансферабельных потенциальных функций на основе двухцентровых энергий, разработана и интегрирована в ИИС «Шлаковые расплавы» подсистема квантово-химического моделирования, проведено МПДДП-моделирование ряда оксидных систем, являющихся основой металлургических шлаков.
Апробация работы. Основные материалы докладывались на Национальной конференции: «Стекло и тонкая керамика» (Болгария, г. Варна, 1990), на 7-ом Российском семинаре «Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов» (Курган, 2004), II Всесоюзном совещании «Базы физико-химических данных» (Курган, 1990), Всероссийской конференции «Информатика и информационные технологии-2004» (Санкт-Петербург, 2004), 8-й Российском семинаре "Компьютерное моделирование физико-химических свойств стекол и расплавов" (Курган, 2006).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы ВІЗ научных изданиях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 159 наименований. Работа изложена на 173 страницах, содержит 45 рисунков и 20 таблиц.
Кластерные методы квантовой химии
Математическая модель, используемая в квантовой молекулярной динамике (КМД), основана на объединенном описании движения квантовых и классических частиц. В модели одновременно рассчитывается изменение волновой функции, описывающей электроны и изменение координат атомов, т.е. совместно решаются уравнения Шредингера и Ньютона. При таком подходе, использующем расчет методом функционала электронной плотности, явно представлены электронные эффекты, поэтому нет необходимости в феноменологическом описании межчастичного взаимодействия.
Авторы [88] определяют Лангранжиан следующим образом где , является электронной орбиталью, Шк и Xk- массы и радиусы-векторы ядер, U - потенциальная энергия, являющаяся функцией электронных плотностей и ядерных координат.
Соответствующие уравнения движения: где Лі,- Лагранжевы множители, вводимые чтобы сохранить ортогональность орбиталей функционала плотности. Масса является фиктивной, так как динамически связана с варьируемыми параметрами одноэлектронных орбиталей функционала плотности. При этом путем интегрирования по временному шагу уравнений и последующего скалирования кинетической энергии системы, /ЛІ так, чтобы Т-»0, достигается конфигурация, которая соответствует локальному минимуму суммы электронной и ядерной энергий. Используются и другие методы для нахождения конфигураций, соответствующих локальному минимуму суммы потенциальной электронной и ядерной энергий, в частности, метод наискорейшего спуска.
В этих расчетах 5R - вектор, содержащий варьируемые параметры как в электронной волновой функции, так и в ядерных координатах. Каждый шаг включает изменение всех параметров и движение в направлении наискорейшего спуска на потенциальной гиперповерхности к локальному минимуму.
Этот априорный подход получил дальнейшее развитие в работах [140,38,150]. Однако для реализации метода КМД требуются компьютерные мощности на несколько порядков превышающие те, которые наиболее распространены в настоящее время. В частности векторные процессоры с параллельной архитектурой с быстродействием порядка миллиарда операций в секунду, а объемы оперативной памяти должны составлять порядка сотни МБ. (Время расчетов на Сгау-2 одного электрона + 100 классических частиц требует около 50 часов). Но даже при использовании самой мощной современной техники в настоящее время удается реализовать расчеты только нескольких десятков квантовых частиц.
class2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ МЕЖЧАСТИЧНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В
ПОЛИМЕРИЗУЮЩИХСЯ РАСПЛАВАХ НА ОСНОВЕ КВАНТОВО-
ХИМИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ class2
Система классов математических моделей программного комплекса..
В комплексе программ «Шлаковые расплавы» реализована система математических моделей, позволяющая моделировать расплав с разными уровнями приближения, с учетом ограниченности компьютерных и временных ресурсов. В зависимости от задач стоящих перед исследователем, в интегрированную модель можно включать ту или иную их совокупность.
Система классов математических моделей ИИС «Шлаковые расплавы» представлена в табл.2.1
Таблица 2.1. Система классов математических моделей
1. Модели межчастичного взаимодействия в оксидном расплаве
2. Молекулярно-динамическая модель
3. Модель структуры расплава
4. Модели физико-химических свойств
Ниже кратко перечисляются состав и функциональность каждого класса.
Модели межчастичного взаимодействия в оксидном расплаве. Этот класс моделей позволяет описывать потенциальные и силовые функции частиц модельной системы с разными уровнями приближения. В зависимости от задач, стоящих перед исследователем, в пределах доступных вычислительных мощностей можно строить суперпозиционные потенциалы, обеспечивающие необходимую глубину описания межчастичного взаимодействия, и следовательно - уровень адекватности МД-моделирования, то есть точность и реалистичность прогнозируемых физико-химических свойств расплава. Совокупность моделей этого класса приведена в табл.2.2.
Таблица 2.2. Модели межчастичного взаимодействия Кластерная квантово-химическая модель (КХМ)
Модели представительных кластеров для MNDO-моделирования (индивидуальные оксиды и бинарные системы с оксидами-сеткообразователями/модификаторами)
Методика построения парных потенциальных функций на основе MNDO-двухцентровых энергий
Методика построения потенциальных функций в многокомпонентных оксидах с учетом ближайшего окружения
Аналитическое описание MNDO-потенциальных кривых методами полиномиальной регрессии
Параметризация суперпозиционных потенциалов с физически обоснованными вкладами Модели потенциальных функций Ме-О-(Ме ) с ковалентными вкладами в форме
- Китинга
- валентного силового поля Ионная модель (ИМ)
Обобщенная ионно-ковалентная модель (ИКМ) ИКМ ЭСГ (элементарной структурной группировки) ИКМ МС (мостиковой связи) ИКМО (обобщенная с учетом окружения)
Кластерная квантово-химическая модель (КХМ) - является базовой в этом классе моделей. Она обеспечивает построение и параметризацию потенциальных функций для молекулярно-динамического моделирования на основе данных, полученных с помощью полуэмпирического квантово-химического метода MNDO
Ионная модель является частью ионно-ковалентной модели, хотя при моделировании чисто ионных соединений может использоваться самостоятельно. Поскольку в ионной модели (ИМ) потенциальные функции строятся для системы ионов, для полимеризующихся расплавов этот подход не вполне адекватен. ИМ включает модель близкодействующего отталкивания и модель дальнодействия, которая описывает дальнодействующий кулоновский вклад, вычисляемый с помощью метода Эвальда или быстрого мультипольного метода
Обобщенная ионно-ковалентная модель - существенно более реалистический уровень описания взаимодействий в модельной системе. Строится основе полимерной теории шлаков. Содержит ионную модель, модели двух- и трехчастичного ковалентного взаимодействия в элементарных структурных группировках, трехчастичного ковалентного взаимодействия на мостиковой связи, учет влияния окружения на связь сеткообразователь-кислород в ЭСГ со стороны ближайших соседей за пределами ЭСГ.
Молекулярно-динамическая модель. Класс моделей, описывающих динамику (временную эволюцию) системы частиц. Базируется на численном интегрировании уравнений движения Ньютона для системы N частиц, описываемых с помощью ряда атрибутов. Макроскопические свойства системы рассчитываются усреднением соответствующих траекторий динамических переменных вдоль отрезков фазовых траекторий, полученных с помощью численного интегрирования. Включает модель начальных и граничных условий, задающую начальное состояние системы в расчетной области, на поверхности которой поддерживаются заданные граничные условия; методы решения дифференциальных уравнений движения, модель фаз эксперимента, обеспечивающих моделирование свойств в условиях термодинамического равновесия модель процесса нагревания/охлаждения.
Модель структуры расплава. Комплекс моделей позволяющий проводить исследование структуры статистико-геометрическими методами с разными уровнями детализации (ближний порядок, наноструктура), выделять полианионные комплексы разной степени сложности методом набрасывания сетки ковалентных связей(НСКС).
class3 ПОДСИСТЕМА КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ИИС «ШЛАКОВЫЕ РАСПЛАВЫ» class3
Архитектура и состав системы «Шлаковые расплавы»
ИИС обеспечивает реализацию комплексных компьютерных экспериментов для моделей многокомпонентных шлаковых расплавов большой размерности (104-105 частиц) в широкой предметной области, хранение, автоматизацию обработки и аналитическое исследование их результатов.
В рамках единой интегрированной среды распределенной ИИС реализуются компьютерные эксперименты квантово-химическим, молекулярно-динамическим и статистико-геометрическим методом на основе комплексной модели многочастичной системы с сильным взаимодействием.
ИИС - автоматизированная информационная система, обеспечивающая автоматизированный сбор, обработку, передачу и хранение информации (заполнение БД), необходимой для принятия решения (рекомендации, прогноза) о составе расплава. ИИС создана на базе новых информационных технологий (CORBA, WEB, XML) и использует комбинирование и распределение имеющихся информационно-вычислительных и телекоммуникационных ресурсов (набор ПК и каналы связи).
Это позволяет предоставить широкому кругу специалистов в области физической химии, металлургии и компьютерного материаловедения оперативный доступ через Internet к ресурсам ИИС и результатам компьютерного эксперимента (КЭ); значительно увеличить эффективность, адекватность и надежность прогнозных многопараметрических КЭ; обеспечить надежность хранения экспериментальной информации в структурированной форме в системе баз данных.
Характеристики и свойства, моделируемые в рамках ИИС, являются крайне востребованными с прикладной точки зрения. Получаемые результаты для целого класса задач обладают научной новизной, имеют теоретическое и практическое значение. Моделируя труднодоступные для натурного эксперимента области составов, экстремальные внешние условия (высокие температуры, давление, поля) можно эффективно прогнозировать физико-химические свойства оксидных расплавов, являющихся основой металлургических шлаков и давать рекомендации по составу шлаков. Таким образом, ИИС можно использовать при создании новых перспективных материалов с заранее заданными свойствами, в таких областях как физическая химия высокотемпературных расплавов, теория металлургических процессов, черная и цветная металлургия, стекольная промышленность, компьютерное материаловедение.
Архитектура системы проектировалась так, чтобы обеспечить ее максимальную гибкость при модификации и дополнении. Система представляет собой набор модулей, слабо связанных друг с другом. Коммуникация между модулями осуществляется на основе единого формата данных.
Модульная структура информационно-исследовательской системы и основные потоки данных между ее компонентами могут быть представлены с помощью диаграммы, изображенной на рис.3.1.
Основными компонентами ИИС являются: вычислительные приложения (MD, SGR), CORBA-оболочки приложений, сервер приложений, SQL база данных, Web-сервер (web-приложения в его рамках), web-клиент (браузер), мост XML-БД.
