انتشار کتاب “از مفهوم تا محصول – روش اجزای گسسته” (به زودی…)

“از مفهوم تا محصول – روش اجزای گسسته” عنوان کتاب جدید دکتر صمد بنیسی است که قرار است تا آبان ماه سال جاری توسط انتشارات دانشگاه هرمزگان منتشر شود.

در این کتاب، به شرح روابط، الگوریتم ها و اصول روش اجزای گسسته (Discrete Element Method) پرداخته شده است. این کتاب شامل ۱۲ فصل بوده که در آن از معرفی تا موارد استفاده صنعتی این روش، پرداخته شده است.

پیش‌گفتار

بهینه‌سازی پیوسته فرآیندها، رمز ارتقای جایگاه صنایع در دنیای پر رقابت امروز است. با افزایش هزینه‌های تولید و اقبال مشتریان به محصولات با کیفیت بالا، داشتن خط تولیدی با استانداردهای به روز ، ضروری است. در اغلب صنایع – بخصوص فرآوری مواد معدنی- که در آن‌ها مواد دانه‌ای (جریان‌های ذره‌ای) بیشترین نقش را دارند، شناخت رفتار (موقعیت، سرعت، شتاب، نیرو و …) ذرات در شرایط مختلف برای بهینه‌سازی سیستم‌ها حائز اهمیت است.

به‌کارگیری روش‌های فیزیکی جهت دستیابی به مقادیر مطلوب عوامل دخیل در فرآیند برای رسیدن به حالت بهینه، زمان‌بر و پرهزینه است. روش اجزای گسسته (راگ)، یک روش شبیه‌سازی رایانه‌ای جایگزین است که با استفاده از توان محاسباتی بالای رایانه‌ها و به‌کارگیری الگوریتم‌های مناسب، کمک شایانی به بهینه‌سازی فرآیندها می‌کند. چون اساس این روش، دنبال کردن هر ذره و انجام محاسبات مربوط در بازه‌های زمانی بسیار کوتاه است، مهم‌ترین مانع پیشرفت آن، حجم محاسبات بالاست؛ به طوری که ممکن است شبیه‌سازی چند ثانیه از یک فرآیند به چند ماه زمان نیاز داشته باشد.

در این کتاب، راگ به طور مفصل از معرفی مفاهیم اولیه تا به‌کارگیری آن برای تولید محصول (نرم‌افزار) شرح داده می‌شود تا رویکرد استفاده از آموزش‌های دانشگاهی برای تولید محصولی جهت رفع نیازهای جامعه به طور عینی نشان داده شود. بالا بردن اعتمادبه‌‌نفس در جوانان کشور عزیزمان ایران، برای تولید محصولات به ظاهر پیچیده با به‌کارگیری هوشمندانه مفاهیم بنیادی و تلاش مستمر از فواید جانبی این کتاب و محصول آن است.

در سال ۱۳۹۰، تنها یک نرم‌افزار تجاری شناخته شده راگ در بازار جهانی وجود داشت. تلاش چند باره برای خرید این نرم‌افزار از طریق چند کشور( کانادا، استرالیا، فرانسه و ترکیه) به دلیل اعمال تحریم‌های ظالمانه علیه کشورمان حاصلی نداشت. با عدم دسترسی به نرم‌افزار تجاری موجود، تصمیم به  تولید آن توسط جوانان این مرزوبوم گرفته شد که به نظر کاری نشدنی و یا عبث می‌نمود. برنامه‌ریزی دقیق به همراه یک دهه تلاش شبانه‌روزی جوانان کشور منجر به تولید این محصول راهبردی گردید. گذر از مرحله رونوشت‌برداری و استفاده صرف از محصولات بیگانه و ورود به مرحله خلق و ایجاد محصول قابل رقابت، یکی از پایه‌های اصلی تمدن‌سازی است. وارد شدن به مرحله پرمشقت خلق اثر، باعث گشوده شدن پنجره‌های جدیدی از تحقیق‌های کاربردی شد که ثمره تلاش و هزینه‌کرد یک دهه کار بنیادی بود.

به‌کارگیری این محصول (نرم افزار KMPC_DEM^©) برای حل مشکلات صنعتی کشور با مستندات کامل در فصل ۱۲ کتاب آورده شده که گوشه‌ای از توان‌مندی این نوع نرم‌افزارهاست. شایان ذکر است که روز به روز به تعداد زمینه‌هایی که می‌توان از این محصول جهت بهینه‌سازی فرایندها استفاده کرد، افزوده می‌شود.

در یک دهه گذشته، جوانان زیادی با تلاش شبانه‌روزی و اراده قوی عبور از این راه پروپیچ‌وخم را با عنایات خداوند متعال و صبر هوشمندانه امکان‌پذیر کردند. این جوانان پرشور در قالب پروژه‌های کارشناسی، کارشناسی ارشد و دکتری خود با سربلندی نظریه از مفهوم تا محصول را عینیت بخشیدند. آقایان دکتر علیرضا قاسمی، عرفان راضی، سید امید موسوی، محمد انصاری، بهروز مقصودی، یاسر دهقان، میلاد نژاد آریا، صادق زارع، مصطفی جهان‌دیده و خانم ها دکتر الهام نعمت‌اللهی، دکتر زهرا بی‌باک و درنا پیروزان در این کار ملی مشارکت بی‌بدیلی داشتند که با مدیریت و خلاقیت آقای دکتر علیرضا قاسمی به ثمر نشست.

از همسر مهربانم که در ۳۵ سال گذشته، سنگ صبور من بوده و در  غم، شادی، شکست و موفقیت همواره کنار من بودند، تشکر می‌کنم. امید است که خداوند متعال این کار ناچیز را به عنوان باقیات الصالحات قبول نموده و ره‌توشه آخرت اینجانب قرار دهد.

صمد بنیسی

تیر ۱۴۰۱

­فهرست مطالب

 فصل اول: مقدمه. ۱

۱٫۱ کلیات. ۱

۱٫۲ تاریخچه و کاربرد راگ.. ۱

۱٫۳ تاریخچه نرم‌افزار KMPC_DEM^©. ۲

۱٫۴ کتاب روش اجزای گسسته (راگ)، از مفهوم تا محصول. ۳

 فصل دوم: اساس شبیه‌سازی با روش اجزای گسسته. ۵

۲٫۱ کلیات. ۵

۲٫۲ فرضیات شبیه‌سازی. ۶

۲٫۳ وضعیت ذرات در شبیه‌سازی. ۷

۲٫۴ محاسبه نیروی برخورد. ۱۰

۲٫۵ محاسبه جزء نیروی برخورد. ۱۱

۲٫۶ توزیع نیرو بین اجزای برخورد. ۱۸

۲٫۷ گشتاور ۱۹

۲٫۸ تعیین سرعت زاویه‌ای ذرات. ۲۱

۲٫۹ پیوست.. ۲۱

 فصل سوم: مدل‌های نیروی برخورد. ۳۳

۳٫۱ کلیات. ۳۳

۳٫۲ مدل نیروی برخورد خطی. ۳۴

۳٫۳ مدل‌های نیروی برخورد هرتز – میندلین. ۳۶

۳٫۴ ارزیابی مدل‌های نیروی برخورد. ۳۹

۳٫۵ تحلیل حرکت ذرات در مدل نیروی برخورد خطی و هرتز – میندلین نوع اول. ۴۴

 فصل چهارم: گام زمانی و خطای شبیه‌سازی.. ۴۷

۴٫۱ اهمیت زمان تماس دو ذره ۴۷

۴٫۲ گام زمانی. ۴۸

۴٫۳ تعیین گام زمانی مناسب.. ۴۸

۴٫۴ تأثیر ضریب زمان تماس بر خطای شبیه‌سازی. ۴۸

۴٫۵ مقایسه زمان انجام شبیه‌سازی‌ها با توجه‌ به میزان کسر همپوشانی ذرات. ۵۴

 فصل پنجم: حل یک مثال عددی.. ۵۷

۵٫۱ کلیات. ۵۷

۵٫۲ شرایط اولیه شبیه‌سازی. ۵۷

۵٫۳ وضعیت ذرات در گام‌های زمانی شبیه‌سازی. ۵۹

۵٫۴ وضعیت اول: شبیه‌سازی حرکت دو ذره در حالت حرکت آزاد (گام زمانی ۱) ۶۱

۵٫۵ وضعیت دوم: شبیه‌سازی حرکت دو ذره در اولین مرحله برخورد (گام زمانی ۶) ۶۲

۵٫۶ وضعیت سوم: شبیه‌سازی یک گام زمانی از برخورد که ذرات حداکثر همپوشانی را دارند (گام زمانی ۱۰)  ۶۹

۵٫۷ وضعیت چهارم: شبیه‌سازی یک مرحله برخورد که ذرات در حال دور شدن از هم هستند (گام زمانی ۱۳)  ۷۳

۵٫۸ وضعیت پنجم: شبیه‌سازی حرکت دو ذره در حالت حرکت آزاد (گام زمانی ۱۶) ۷۴

۵٫۹ پیوست.. ۷۵

 فصل ششم: الگوریتم تشخیص برخورد ذره با دیواره تجهیزات   ۸۱

۶٫۱ کلیات. ۸۱

۶٫۲ پرونده‌های Object 82

۶٫۳ معرفی الگوریتم. ۸۳

 فصل هفتم: الگوریتم تشخیص همسایگی.. ۹۱

۷٫۱ کلیات. ۹۱

۷٫۲ تشخیص همسایگی ذرات. ۹۱

۷٫۳ الگوریتم تشخیص همسایگی در واحد پردازش گرافیکی. ۹۳

۷٫۴ الگوریتم تشخیص همسایگی ذره با دیواره ۹۶

 فصل هشتم: محاسبات موازی.. ۹۹

۸٫۱ کلیات. ۹۹

۸٫۲ محاسبات سری و موازی. ۹۹

۸٫۳ عوامل مؤثر بر سرعت محاسبات موازی. ۱۰۱

۸٫۴ پردازش موازی توسط کارت گرافیک Nvidia. 103

۸٫۵ موازی‌سازی محاسبات در راگ.. ۱۰۳

 فصل نهم: تعیین پارامترهای ورودی (کالیبراسیون) ۱۰۷

۹٫۱ کلیات. ۱۰۷

۹٫۲ مدل‌های مقاومت غلتشی. ۱۱۱

۹٫۳ کالیبراسیون پارامترهای ورودی شبیه‌سازی‌ ۱۱۴

۹٫۴ پیوست.. ۱۱۶

 فصل دهم: شبیه‌سازی رفتار ذرات با شکل غیر کروی.. ۱۲۵

۱۰٫۱ کلیات. ۱۲۵

۱۰٫۲ مدل‌سازی شکل واقعی ذرات در راگ.. ۱۲۵

۱۰٫۳ شبیه‌سازی حرکت ذره غیر کروی. ۱۲۷

۱۰٫۴ مدل‌سازی فیزیکی حرکت ذرات غیر کروی. ۱۲۹

۱۰٫۵ شبیه‌سازی مسیر حرکت بار ۱۳۰

۱۰٫۶ پیوست.. ۱۳۳

 فصل یازدهم: انتخاب زبان برنامه‌نویسی مناسب.. ۱۳۷

۱۱٫۱ کلیات. ۱۳۷

۱۱٫۲ ویژگی‌های فنی موردنیاز ۱۳۷

۱۱٫۳ انتخاب محیط توسعه یکپارچه Microsoft Visual Studio. 139

۱۱٫۴ انتخاب زبان برنامه‌نویسی C#. 140

۱۱٫۵ انتخاب زبان برنامه‌نویسی C++. 141

۱۱٫۶ سایر سکوهای (پلتفرم‌های) استفاده شده در توسعه نرم‌افزار ^©KMPC_DEM. 142

 فصل دوازدهم: معرفی نرم‌افزار ^©KMPC_DEM و کاربردها ۱۴۴

۱۲٫۱ معرفی نرم‌افزار ^©KMPC_DEM. 144

۱۲٫۲ حل مسائل صنعتی. ۱۴۴

۱۲٫۳ پیوست.. ۱۸۲