Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Symulacja automatu komórkowego „Gra w życie” Johna Conwaya na wybranym mikrokontrolerze

Burdziński Paweł, Poczekajło Paweł

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2022

|

Nr 75

13--18

PL

Wykonany prototyp pozwala na symulację automatu komórkowego „Gry w Życie” Johna Conwaya oraz innych wariantów dwuwymiarowych automatów bazujących na liczbie żywych komórek w sąsiedztwie Moore’a. Urządzenie umożliwia wczytywanie podstawowych struktur z pamięci mikrokontrolera oraz dowolnych map z ustawieniami reguł symulacji z karty microSD. Struktury można edytować, tworzyć własne lub generować losowo. Sterowanie odbywa się pilotem na podczerwień, a symulacja jest wyświetlana poprzez przejściówkę VGA. Implementacja programu pozwala na symulację dwóch niezależnych automatów komórkowych jednocześnie, przełączanie istnienia ścian na krawędzi mapy oraz inne drugorzędne opcje.

EN

Cellular automata are capable of simulating complex structures with a short list of simple rules. Some of them can process computer operations inside the simulation and others are used in everyday life. Each cell’s state of the automaton can be calculated based on states of their surrounding cells at the same time for the next generation. The purpose of the following thesis was to analyze cellular automata and to create a prototype device using a selected microcontroller to simulate a cellular automaton and output its visual representation on a monitor through a VGA connector – that converts digital signal from the device to analog VGA signal to the monitor. The Arduino DUE development board was used to build the prototype. The device allows the user to simulate the structures of John Conway's "Game of Life" cellular automaton and others by modifying the simulation rules. Structures can be loaded from the program menu or from a microSD memory card. The device allows the user to simulate two independent cellular automata at the same time, pause and resume simulation with the option to increase or decrease the time between generations, turning walls on or off and modify cell states. The prototype is controlled by an infrared remote control.

2

A systematic approach for microscopic models based on cellular automata for road traffic

Valente Eduardo, Avram Camelia, Astilean Adina, Machado José

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2022

|

nr 1

14--27

EN

The transportation infrastructure is one of the most important resources for a country's economic and social well-being. The effectiveness of a country's street network will decide whether it develops further or stagnates. With the increasing number of vehicles on the road and the effects of urbanization, traffic roads are being subjected to a variety of requests and uses for which they were not designed, sized, or predicted. Because of the critical relevance of traffic roads, research must begin to lessen the effects of traffic jams in the streets, determine the appropriate number of traffic lanes, and integrate real-time traffic information into GPS systems. The goal of modeling a traffic-road system is to either build new traffic systems or gain a better knowledge of existing traffic systems so that they can be optimized. The accuracy, performance, stochastic and dynamic behavior of the model produced will be evaluated using a simulation of a genuine traffic system. This paper provides microscopic models based on cellular automation to replicate the behavior of various automobiles on a set of urban streets in Cluj Napoca city downtown. This model includes streets with multiple traffic lanes, various types of vehicles such as automobiles, buses, and trams, intersections with multiple possible upcoming streets controlled by traffic lights, bus stops inside and outside the traffic lane, tram stops inside the traffic lane, pedestrian crosswalks, and parking areas alongside and transversely with the right traffic lane of a street. TCA (Traffic Cellular Automata) is a proposed model that produces adequate findings in urban traffic theory. The results were obtained in both free-flow and traffic-jam conditions.

PL

Infrastruktura transportowa jest jednym z najważniejszych zasobów zapewniających dobrobyt gospodarczy i społeczny kraju. Skuteczność sieci ulic danego kraju zadecyduje o dalszym rozwoju lub stagnacji. Wraz z rosnącą liczbą pojazdów na drogach i skutkami urbanizacji, drogi drogowe są przedmiotem różnych wymagań i zastosowań, do których nie zostały zaprojektowane, zwymiarowane ani przewidziane. Ze względu na krytyczne znaczenie dróg, badania muszą zacząć łagodzić skutki korków na ulicach, określić odpowiednią liczbę pasów ruchu i zintegrować informacje o ruchu drogowym w czasie rzeczywistym z systemami GPS. Celem modelowania układu ruch-droga jest albo zbudowanie nowych układów ruchu, albo uzyskanie lepszej wiedzy o istniejących układach ruchu, aby można je było zoptymalizować. Dokładność, wydajność, zachowanie stochastyczne i dynamiczne wytworzonego modelu zostaną ocenione za pomocą symulacji rzeczywistego systemu ruchu. W tym artykule przedstawiono mikroskopowe modele oparte na automatyzacji komórkowej w celu odtworzenia zachowania różnych samochodów na zbiorze miejskich ulic w centrum miasta Cluj Napoca. Model ten obejmuje ulice z wieloma pasami ruchu, różnego rodzaju pojazdy, takie jak samochody, autobusy i tramwaje, skrzyżowania z wieloma możliwymi zbliżającymi się ulicami sterowanymi przez sygnalizację świetlną, przystanki autobusowe wewnątrz i poza pasem ruchu, tramwaje przystanki wewnątrz pasa ruchu, pieszy przejścia dla pieszych oraz parkingi wzdłuż i w poprzek z prawym pasem ruchu ulicy. TCA (Traffic Cellular Automata) to proponowany model, który daje odpowiednie wyniki w teorii ruchu miejskiego. Wyniki uzyskano zarówno w warunkach swobodnego przepływu, jak i w korku.

3

Topology algorithm built as an automaton with flexible rules

Tajs-Zielińska Katarzyna, Bochenek Bogdan

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 5

art. no. e138813

EN

Developing novel methods, approaches and computational techniques is essential for solving efficiently more and more demanding up-to-date engineering problems. Designing durable, light and eco-friendly structures starts at the conceptual stage, where new efficient design and optimization tools need to be implemented. Nowadays, apart from the traditional gradient-based methods applied to optimal structural and material design, innovative techniques based on versatile heuristic concepts, like for example Cellular Automata, are implemented. Cellular Automata are built to represent mechanical systems where the special local update rules are implemented to mimic the performance of complex systems. This paper presents a novel concept of flexible Cellular Automata rules and their implementation into topology optimization process. Despite a few decades of development, topology optimization still remains one of the most important research fields within the area of structural and material design. One can notice novel ideas and formulations as well as new fields of their implementation. What stimulates that progress is that the researcher community continuously works on innovative and efficient topology optimization methods and algorithms. The proposed algorithm combined with an efficient analysis system ANSYS offers a fast convergence of the topology generation process and allows obtaining well-defined final topologies.

4

Cellular Automata-based computational library for development of digital material representation models of heterogenous microstructures

Boguń Konrad, Sitko Mateusz, Mojżeszko Mateusz, Madej Łukasz

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 2

335--349

EN

The development of an efficient numerical approach for the generation of a wide range of heterogeneous microstructures models with the application of the lean workflow concept is presented in the paper. First, the idea and implementation details of the developed cellular automata-based computational library allowing the development of digital material representation models within a workflow are presented in the paper. Such an approach provides the desired flexibility in the generation of various digital models of heterogenous microstructures. Therefore, the proposed library is mostly implemented within the object-oriented C + + programming language with the assumption of modularity. In this case, the main part of the application consists of classes and methods, which can be treated like base elements to be inherited and extended in other libraries. Each additional dynamic link library implements particular algorithms for the generation of specific microstructure features in the digital model within the unified data structures that allow the application of the workflow concept. The set of developed libraries and their assumptions are described as case studies to show the capabilities of the presented solution. Finally, examples of practical applications of the developed library in the full-field numerical simulations of complex material deformation are presented at the end of the paper.

5

Study of phase transformations in complex phase steel using a mesoscale cellular automaton model Part 1: Modeling fundamentals

Opara Jarosław, Kuziak Roman

Journal of Metallic Materials

|

2020

|

Vol. 72, no. 3

17--31

EN

A two-dimensional mesoscale model based on the concept of hybrid cellular automata is developed to study phase transformations in a complex phase steel during continuous cooling. The model is capable of simulating microstructure evolution with carbon diffusion in the volume and along grain boundaries, γ/α interfaces migration into austenite, as well as formation of bainite and martensite islands during intensive cooling in lower temperatures. In contrast to the classic statistical approaches which are based on the assumption of modeling one point in the material with homogeneous microstructure, the proposed phase transformations’ model in the mesoscale accounts for material heterogeneity. The simulation results in the form of a digital material representation with microstructures and maps showing the carbon concentration field as well as microhardness distribution are presented. One of the main advantages of the model is that has only seven adjustment coefficients that are used in the fitting process.

PL

Dwuwymiarowy mezoskalowy model oparty na koncepcji hybrydowych automatów komórkowych został opracowany w celu badania przemian fazowych w stali wielofazowej podczas ciągłego chłodzenia. Model umożliwia symulację rozwoju mikrostruktury wraz z dyfuzją węgla w objętości, jak i wzdłuż granic ziaren oraz migracją powierzchni międzyfazowych γ/α do austenitu, a także powstawaniem wysp bainitu i martenzytu podczas intensywnego chłodzenia w niższych temperaturach. W odróżnieniu od klasycznych podejść statystycznych, które bazują na założeniu modelowania jednego punktu w materiale o jednorodnej mikrostrukturze, zaproponowany model przemian fazowych w mezoskali umożliwia uwzględnienie warunków niejednorodności materiału. Zaprezentowano wyniki symulacji w postaci cyfrowej reprezentacji materiału z mikrostrukturami oraz mapami przedstawiającymi pola stężenia węgla oraz rozkłady mikrotwardości. Jedną z głównych zalet modelu jest to, że regulowany jest tylko za pomocą siedmiu współczynników w procesie dopasowania.

6

Study of phase transformations in complex phase steel using a mesoscale cellular automaton model part 2: Experiments and validation

Opara Jarosław, Kuziak Roman

Journal of Metallic Materials

|

2020

|

Vol. 72, no. 3

32--44

EN

A two-dimensional mesoscale model based on the concept of hybrid cellular automata was used to study phase transformations in a complex phase steel during continuous cooling. This model enables simulation of the decomposition of austenite into ferrite, bainite, and martensite, accompanied by calculations of volume and grain boundary diffusion of carbon. In effect, as a result, one can observe the morphology of simulated microstructures, corresponding carbon segregation as well as microhardness distribution. These results with the kinetics of austenite to ferrite phase transformation and predicted values of the complex phase steel hardness are the subject of model validation. A series of dilatometric experiments were carried out with constant cooling rates in order to construct a CCT diagram and validate the presented model. The convergence of simulated results with empirical outcomes was confirmed quantitatively using a dedicated goal function and data summaries in the table and graphs. However, some qualitative and quantitative discrepancies in terms of microstructure morphology are indicated which was possible thanks to applying a wide range of different validation parameters of the model. It is emphasized how crucial is the use of appropriate validation methodology.

PL

Dwuwymiarowy mezoskalowy model oparty na koncepcji hybrydowych automatów komórkowych zastosowano do badania przemian fazowych w stali wielofazowej podczas ciągłego chłodzenia. Model ten umożliwia symulację rozpadu austenitu w ferryt, bainit i martenzyt wraz z obliczeniami objętościowej i granicznej dyfuzji węgla. W efekcie można zaobserwować morfologię symulowanych mikrostruktur, odpowiadającą im segregację węgla, a także rozkład mikrotwardości. Wyniki te wraz z kinetyką ferrytycznej przemiany fazowej i przewidywanymi wartościami twardości stali wielofazowej są przedmiotem walidacji modelu. Przeprowadzono szereg eksperymentów dylatometrycznych przy stałych szybkościach chłodzenia w celu opracowania wykresu CTPc i walidacji przedstawionego modelu. Zbieżność wyników symulacji z danymi empirycznymi została potwierdzona ilościowo za pomocą dedykowanej funkcji celu oraz zestawienia danych w tabeli i na wykresach. Jednakże, wskazano na pewne rozbieżności jakościowe i ilościowe pod względem morfologii mikrostruktury, co było możliwe dzięki zastosowaniu szerokiego wachlarza różnych parametrów do walidacji modelu. Podkreślono, jak istotne jest zastosowanie odpowiedniej metodologii walidacji.

7

Symulacja wpływu nieliniowego sumowania się wpływów spowodowanych eksploatacją kolejnych ścian z wykorzystaniem teorii automatów komórkowych

Sikora Paweł

Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji

|

2019

|

Vol. 8, iss. 1

365--375

PL

W pracy przedstawiono przykład rzeczywistej eksploatacji pokładowej węgla kamiennego kolejnych dwóch ścian w pokładzie 338/2. Eksploatacja spowodowała powstanie na powierzchni terenu górniczego niepełnej niecki obniżeniowej, która po wybraniu ściany nr 2 cechowała się znaczną asymetrią. Deformacje powierzchni objęte były systematycznymi pomiarami niwelacyjnymi wzdłuż linii pomiarowej „1”. Dla przedstawionego przykładu podziemnej eksploatacji wykonano obliczenia numeryczne z wykorzystaniem teorii automatów komórkowych. Zastosowano nieliniową funkcję przejścia. Wyniki obliczeń numerycznych porównano z w wynikami obserwacji geodezyjnych. Celem niniejszego artykułu jest weryfikacja założeń teoretycznych przyjętych dla przestrzennego modelu górotworu jako deterministyczny skończony automat komórkowy.

EN

The paper presents an example of real subsequent hard coal mining in the seam 338/2, which caused the formation of a subsidence trough on the surface of the mining area which after extraction of the longwall No. 2 was characterized by a significant asymmetry. Surface deformations were covered by systematic leveling measurements along the measurement line “1”. For the illustrated example of underground mining, numerical calculations were made using the theory of cellular automata. A non-linear transition function was used. Calculated data were compared with the results of geodetic observations. The aim of the article was to verify the theoretical assumptions of the model and to demonstrate the practical possibilities of applying the method to assess the subsidence of the mining area.

8

Symulacja deformacji górotworu spowodowanych eksploatacją górniczą w sąsiedztwie szczelin uskokowych z wykorzystaniem teorii automatów komórkowych

Mielimąka Ryszard, Sikora Paweł

Przegląd Górniczy

|

2019

|

T. 75, nr 2

28--34

PL

W pracy przedstawiono rozwinięcie koncepcji budowy płaskiego modelu górotworu zbudowanego w oparciu o teorię automatów komórkowych. Pokazana została możliwość odwzorowania dyslokacji tektonicznych. Odwzorowanie szczeliny uskokowej odbywa się na zasadzie podobieństwa geometrycznego. Jej oddziaływanie na rozkład deformacji w modelu zależne jest od szeregu czynników. M.in. od głębokości eksploatacji, nachylenia szczeliny uskokowej oraz grubości nadkładu. Wpływ wymienionych czynników został przedstawiony na przykładach abstrakcyjnej eksploatacji górniczej.

EN

This paper presents the evolution of the concept of development of the 2-dimensional rock mass model based on the theory of cellular automata. The possibility of mapping tectonic dislocations has been shown. The projection of the fault gap is based on geometric similarity. Its influence on the deformation distribution in the model depends on a number of factors, among others, the depth of exploitation, the slope of the fault gap and the thickness of the overburden. The influence of these factors has been presented based on examples of abstract mining exploitation.

9

Cellular-automata based modeling of heterogeneous biofilm growth for microbiological processes with various kinetic models

Skoneczny Szymon

Chemical and Process Engineering

|

2019

|

Vol. 40, nr 2

145–-155

EN

The study concerns modeling and simulation of the growth of biofilms with heterogeneous structureswith a discrete mathematical model based on theory of cellular automata. The article presents two-dimensional density distributions of biofilms for microbial processes: oxidation of ammonium byNitrosomonas europaeabacteria and glucose utilization byPseudomonas aeruginosabacteria. Theinfluence of limiting substrate concentration in the liquid phase on biofilm structure was determined.It has been shown that the value of death rate coefficient of microorganisms has the qualitative andquantitative influence on the density and porosity of the biofilm.

10

Detection of Modic changes in MR images of spine using local binary patterns

Athertya Jiyo S., Saravana Kumar Gurunathan, Govindaraj Jayaraj

Biocybernetics and Biomedical Engineering

|

2019

|

Vol. 39, no. 1

17--29

EN

Background and objective: With increase in prevalence of lower back pain, fast and reliable computer aided methods for clinical diagnosis associated with the same is needed for improving the healthcare reach. The magnetic resonance images exhibit a change in signal intensity on the vertebral body close to end plates, which are termed as Modic changes (MC), and are known to be clear indicators of lower back pain. The current work deals with computer aided methods for automating the classification of signal changes between normal and degenerate cases so as to aid physicians in precise and suitable diagnosis for the ailment. Methods: In order to detect Modic changes in vertebrae, initially the vertebrae are segmented from sagittal MR T1 and T2 imaged using a semi automatic cellular automata based segmentation. This is followed by textural feature extraction using Local Binary Patterns (LBP) and its variants. Various classifiers based on machine learning approaches using Random Forest, kNN, Bayes and SVM were evaluated for its classification performance. Since medical image dataset in general have bias towards healthy and diseased state, data augmentation techniques were also employed. Results: The implemented method is tested and validated over a dataset containing 100 patients. The proposed framework achieves an accuracy of 81% and 91.7% with and without augmentation of data respectively. A comparative study with the state of art methods reported in literature shows that the method proposed in better in terms of computational cost without any compromise on classification accuracy. Conclusion: A novel approach to identify MC in vertebrae by exploiting textural features is proposed. This shall assist radiologists in detecting abnormalities and in treatment planning.

11

Zastosowanie automatów komórkowych w modelowaniu konfliktów przestrzennych na przykładzie modelowania epidemii

Stachura-Terlecka B., Ligęza A.

Zeszyty Naukowe. Organizacja i Zarządzanie / Politechnika Śląska

|

2018

|

z. 130

567--574

EN

This article presents a different approach to epidemics modeling. For the purpose of this modeling, an outbreak as well as its prevention methods are considered as a special kind of spatial conflict. A new type of cellular automata - Layered Competitive Cellular Automata (LCCA) - were used to model it. Thanks to using the LCCA one can not only model the result of the conflict, but above all its development, while the possibility of adding various physical phenomena and their influence on the conflict makes the results even more realistic. The results of the conflict modeling are presented on a map, which allows to observe and analyze them at different stages of modeling. This approach meets the requirements of modeling algorithms

PL

W artykule zaprezentowano inne podejście do modelowania epidemii. Epidemia i metody jej przeciwdziałania na potrzeby tego modelowania traktowana jest jako specjalny rodzaj konfliktu przestrzennego. Do jej modelowania użyto nowego typu automatów komórkowych – Layered Competitive Cellular Automata. Zastosowanie LCCA umożliwia nie tylko modelowanie samego wyniku konfliktu, ale przede wszystkim jego przebiegu, zaś możliwość dodania wpływu zjawisk fizycznych na poszczególne strony konfliktu urealnia wyniki. Wyniki modelowania zaprezentowane są na mapie dzięki czemu można obserwować je na poszczególnych etapach modelowania. Takie podejście wychodzi na przeciw wymaganiom stawianym algorytmom modelowania.

12

Symulacja obniżeń górotworu spowodowanych eksploatacją kolejnych ścian z wykorzystaniem teorii automatów komórkowych

Mielimąka R., Sikora P.

Systemy Wspomagania w Inżynierii Produkcji

|

2018

|

Vol. 7, iss. 1

457--469

PL

W pracy przedstawiono przykład rzeczywistej eksploatacji pokładowej węgla kamiennego kolejnych dwóch ścian. Eksploatacja spowodowała powstanie na powierzchni terenu górniczego niepełnej niecki obniżeniowej. Deformacje powierzchni objęte były systematycznymi pomiarami niwelacyjnymi wzdłuż linii pomiarowej „1”. Dla przedstawionego przykładu podziemnej eksploatacji wykonano obliczenia numeryczne z wykorzystaniem teorii automatów komórkowych a następnie porównano je w wynikami obserwacji geodezyjnych. Celem niniejszego artykułu jest weryfikacja założeń teoretycznych przyjętych dla przestrzennego modelu górotworu jako deterministycznego skończonego automatu komórkowego.

EN

The paper presents an example of real subsequent hard coal mining, which caused the formation of a subsidence trough on the surface of the mining area. Surface deformations were covered by systematic leveling measurements along the measurement line “1”. For the illustrated example of underground mining, numerical calculations were made using the theory of cellular automata. Calculated data were compared with the results of geodetic observations. The aim of the article was to verify the theoretical assumptions of the model and to demonstrate the practical possibilities of applying the method to assess the subsidence of the mining area.

13

Cellular automata for simulation of dendritic growth with surface active refractory inoculants

Yermolenko D. Yu., Holovko V. V., Stepanuyk S. M.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2018

|

Vol. 88, nr 2

49--54

EN

Purpose: During weld metal structure formation the possibility of impact on its mechanical properties are much more limited in comparison with metallurgy and technology of steel production. Adding of the inoculants to the welding pool is one of the promising methods of influencing the structure and mechanical properties of the weld metal. Design/methodology/approach: Cellular automata (CA) with additions of finite difference method (FDM) is one of the best ways to simulate dendritic growth process with the surfaceactive inoculants. It`s easy to add new rules of interaction between the inoculants and dendrite surface to the cellular automata model. Findings: It was found that average distance between primary dendrites axis decrease with increase of the inoculants wetting angle by melt iron. Obtained results were confirmed experimentally on weld metal samples that were obtained by the welding of HSLA steels with the surface-active inoculants. Research limitations/implications: The inoculants with size that comparable with cells size of the model (≈0.4 microns) were distributed evenly in computational area. Practical implications: Adding of surface-active inoculants to the melt metal improve structure and mechanical properties of weld metal. Different refractory particles (TiC, TiN, SiC, TiO2, Al2O3 and ZrO2) can be used. Originality/value: Refractory inoculants adding to the melt metal are wide used in metallurgy as crystallization centers and heat absorbers. Inoculants that were added to the welding pool of high-strength low-alloyed (HSLA) steel welds could also influence on crystallization processes of weld metal as surface active particles. In the contact point between the dendrite surface and the surface-active inoculant, a surface energy is change depending of the inoculant surface properties. Different refractory particles (TiC, TiN, SiC, TiO2, Al2O3 and ZrO2) were used.

14

Development and research of cryptographic hash functions based on two-dimensional cellular automata

Tanasyuk Y., Ostapov S.

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2018

|

T. 8, nr 1

24--27

EN

Software solution for cryptographic hash functions based on sponge construction with inner state implemented as two-dimensional cellular automata (CA) has been developed. To perform pseudorandom permutation in round transformation function several combinations of CA rules 30, 54, 86, 150 and 158 have been proposed. The developed hashing mechanism provides effective parallel processing, ensures good statistical and scattering properties, enables one to obtain hash of a varying length and reveals strong avalanche effect.

PL

Za pomocą oprogramowania zostały opracowane kryptograficzne funkcje skrótu (hash) na podstawie gąbki kryptograficznej, której stan wewnętrzny został zrealizowany w postaci dwuwymiarowych automatów komórkowych (KA). W celu implementacji permutacji pseudolosowych zaproponowano kombinację zasad obróbki CA 30, 54, 86, 150 i 158 w celu realizacji funkcji transformacji rundy. Opracowany mechanizm haszowania pozwala na skuteczne przetwarzanie równoległe, zapewnia jakościowe charakterystyki statystyczne i rozproszenia, pozwala na otrzymanie skrótu o zmiennej długości i ujawnia stabilny efekt lawinowy.

15

Zastosowanie metody kratowego równania Boltzmanna do modelowania w metalurgii i inżynierii materiałowej

Svyetlichnyy D., Straka R., Łach Ł.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2018

|

Vol. 85, nr 4

141--151

PL

W pracy przedstawiono podstawowe wiadomości o metodzie do modelowania matematycznego procesów i zjawisk zawierających przepływ gazu i cieczy nazywanej Lattice Boltzmann Method (LBM - Metoda kratowego równania Boltzmanna). Trzema głównymi kierunkami stosowania LBM w opracowaniach autorów są: przepływ cieczy o swobodnej powierzchni z uwzględnieniem wymiany ciepła i przemiany stanu skupienia; ciągły przepływ cieczy i gazu; przemiany fazowe. W pracy przedstawiono wyniki modelowania oraz zastosowania metody do modelowania procesów przemysłowych i jej wykorzystanie w procesie dydaktycznym. Zwrócono uwagę na przewagi opisywanej metody oraz duże możliwości przyspieszenia obliczeń poprzez ich zrównoleglenie na współczesnych procesorach graficznych (GPU - graphics processing unit) .

EN

The basic information about the Lattice Boltzmann Method (LBM), used for numerical modeling of the processes and phenomena contained fluid flow, is presented in the paper. Three main direction of application of the LBM developed and described by the authors are: fluid flow with free surface, taking into account conductive heat transfer and changes of state of matter; continuous fluid flow; and phase transformations. Results of simulations by LBM as well as its application to industrial processes and for teaching are presented in the paper. Attention is paid to advantages of the method and possibility to accelerate its calculations through their parallelization on modern graphics processing units (GPUs).

16

Oprogramowanie CrowdSim do modelowania dynamiki pieszych

Dobrowolski M., Maciak T.

Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza

|

2018

|

Vol. 52, iss. 4

46--66

PL

Cel: Celem artykułu jest zaprezentowanie autorskiego oprogramowania CrowdSim służącego do modelowania dynamiki pieszych. W oprogramowaniu zaimplementowano algorytmy bazujące na dwuwymiarowym modelu automatu komórkowego Cellular Automata(CA). Uwzględniono w nich strategiczne możliwości pieszych dotyczące wyboru wyjścia (model CA-A) oraz możliwości powstawania zakłóceń płynności ruchu i blokad (model CA-B). Zaimplementowanie różnych pod względem złożoności modeli dało możliwości porównania ich efektywności, funkcjonowania oraz stopnia realizmu otrzymywanych wyników. Projekty i metody: W celu lepszego i bardziej wiarygodnego wyznaczania ścieżek poruszania się pieszych zaproponowano dwie modyfikacje usprawniające działanie algorytmów symulacyjnych. Pierwszą z nich było wprowadzenie zaawansowanych algorytmów rankingujących komórki: SRA (Simple Ranking Algorithm), BFS-RA (Breadth First Search Ranking Algorithm) i ARA (Advanced Ranking Algorithm). Wartość rankingu danej komórki w procesie symulacji jest dla każdego z aktorów wyznacznikiem drogi, po której się porusza. Kolejnym autorskim usprawnieniem było wprowadzenie do definicji automatu komórkowego pojęcia pamięci aktora, dzięki czemu piesi podczas symulacji, pamiętając swoje ostatnie ruchy, poruszają się bardziej płynnie i realistycznie. Wyniki: Na potrzeby porównania modeli przygotowana została specjalna mapa budynku o wymiarach kontygnacji 40 na 22,5 metra (900 m2 ) zdolnego pomieścić maksymalnie 3000 osób. Przeprowadzone symulacje wykazały, że w przypadku modelu CA aktorzy gromadzą się przy jednym z wyjść, podczas gdy pozostałe zostają w większości nieużywane. Wynika to z faktu, że w modelu CA brakuje funkcji kosztu, zatem aktor zawsze wybiera wyj-ście najbliższe. Inaczej sprawa ma się w przypadku modelu CA-A. Tu aktorzy w miarę równo obciążają każde z wyjść; są oni w stanie podjąć decyzje odnośnie do wyboru wyjścia nie tylko na podstawie odległości, ale również zagęszczenia osób przy danym wyjściu. W przypadku porównania modeli CA-A i CA-B praktycznie niezauważalne są różnice w otrzymanych statystykach obciążenia wyjść. Dopiero po bliższym przyjrzeniu się ruchowi aktorów podczas symulacji widać, że jeśli w przypadku czystego modelu CA-A ludzie poruszają według idealnego porządku, o tyle w modelu CA-B zauważalne są chwilowe blokady i zakleszczenia aktorów.Wnioski: Stworzone i zaprezentowane w niniejszej pracy oprogramowanie CrowdSim może posłużyć zarówno projektantom, architektom lub konstruktorom, jak i służbom porządkowym, ochronie danego obiektu lub organizatorom imprez masowych. Symulacje wykonane wielokrotnie dla jednego scenariusza przy różnych parametrach wejściowych uwidoczniają problemy i wąskie gardła mogące pojawić się w trakcie ewakuacji z zagrożonego obiektu. Przeprowadzanie takich symulacji na etapie projektowym może bardzo pozytywnie wpłynąć na bezpieczeństwo osób użytkujących dany obiekt, jak również poprawić jego funkcjonalność.

EN

Aim: Phe aim of the article is to present CrowdSim, proprietary software for modeling the dynamics of pedestrians. The software offers algorithms based on a 2-dimensional model of aCellular Automaton (CA). They include strategic pedestrian choices of the exit (CA-A model) and the formation of blockages (Model CA-B). Implementation of various models in terms of their complexity provided the opportunity to compare their efficiency, functioning and realism of the results obtained.Project and methods: In order to better and more credibly determine pedestrian paths, two modifications were proposed to improve the operation of simulation algorithms. The first of these was the introduction of advanced algorithms ranking cells: SRA (Simple Ranking Algorithm), BFS-RA (Breadth First Search Ranking Algorithm) and ARA (Advanced Ranking Algorithm). The value of the ranking of a given cell in the simulation process is for each BITP VOL. 52 ISSUE 4, 2018, pp. 46–66, https://dx.doi.org/10.12845/bitp.52.4.2018.3SAFETY & FIRE TECHNIQUERESEARCH AND DEVELOPMENT47of the actors the determinant of the path on which it moves. Another proprietary improvement was the introduction of the concept of actor's memory to the definition of a cellular automata, thanks to which pedestrians, while remembering their last movements, move more smoothly and realistically.Results: For the purposes of model comparison, a special map of the building with the dimensions of 40 to 22.5 meters (900 m2) has been prepared, able to accommodate a maximum of 3000 people. The simulations showed that in the case of the CA model, the actors gather at one of the outputs while the others are mostly unused. This is due to the fact that the CA model lacks the cost function, so the actor always chooses the nearest output. Things are different in the case of the CA-A model. Here, the actors equally burden each exit, they are able to make decisions regarding the choice of the exit not only on the basis of the distance but also the concentration of actors at the given exit. When comparing the CA-A and CA-B models, there are practically no differences in the received output load statistics. Only after a closer look at the movement of the actors during the simulation can be seen that if in the case of a clean CA-A model people move according to the ideal order, in the CA-B model there are momentary blockages and deadlocks of actors.Conclusions: CrowdSim software created and presented in this work can be used by designers, architects or constructors as well as law enforcement, protection of a given facility or organizers of mass events. Simulations made repeatedly for one scenario with different input parameters reveal problems and bottlenecks that may appear during evacuation from an object at risk. Conducting such simulations at the design stage can have a very positive impact on the safety of people using a given facility, as well as improve its functionality.

17

Modeling of Dendritic Structure Evolution During Solidification of Al-Cu Alloy

Zyska A., Boroń K., Kordas P.

Archives of Foundry Engineering

|

2018

|

Vol. 18, iss. 4

87--92

EN

The paper presents the cellular automaton (CA) model for tracking the development of dendritic structure in non-equilibrium solidification conditions of binary alloy. Thermal, diffusion and surface phenomena have been included in the mathematical description of solidification. The methodology for calculating growth velocity of the liquid-solid interface based on solute balance, considering the distribution of the alloy component in the neighborhood of moving interface has been proposed. The influence of solidification front curvature on the equilibrium temperature was determined by applying the Gibbs Thomson approach. Solute and heat transfer equations were solved using the finite difference method assuming periodic boundary conditions and Newton cooling boundary condition at the edges of the system. The solutal field in the calculation domain was obtained separately for solid and liquid phase. Numerical simulations were carried out for the Al-4 wt.% Cu alloy at two cooling rates 15 K/s and 50 K/s. Microstructure images generated on the basis of calculations were compared with actual structures of castings. It was found that the results of the calculations are agreement in qualitative terms with the results of experimental research. The developed model can reproduce many morphological features of the dendritic structure and in particular: generating dendritic front and primary arms, creating, extension and coarsening of secondary branches, interface inhibition, branch fusion, considering the coupled motion and growth interaction of crystals.

18

Friction Stir Radial Backward Extrusion (FSRBE) as a new grain refining technique

Jafarzadeh H., Babaei A., Esmaeili-Goldarag F.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 18, no. 4

1374--1385

EN

A new method entitled Friction Stir Radial Backward Extrusion (FSRBE) is presented for processing fine-grained tubes. In FSRBE technique, an initial pure copper billet is placed inside a cylindrical chamber. The billet is pushed toward a rotating tool which results in radial and backward flow of the material while is frictionally stirred. The microstructure evolution during FSRBE was investigated through experimental observations and cellular automaton (CA) modeling. The observations reveal that the microstructure with initial grain size of 75 μm was refined to a fine-grained structure with an average grain size of 12 μm. The results of tensile tests demonstrate slight improvement in the value of yield and ultimate strength, elongation and microhardness. The microstructural evolution during FSRBE processing in the micro-level was studied using a coupled cellular automaton algorithm and finite element model. First, the macroscopic plastic flow behavior of material during FSRBE was calculated using FEM simulation method. Next, by tracing the plastic strain, the strain rate and temperature, in the deformation domain of cellular automaton, the DRX kinetics of pure copper is obtained in a devised post-processing step. The microstructure observations showed that the proposed model predictions were in reasonably good agreement with the experimentally obtained results.

19

Symulacja obniżeń górotworu spowodowana wielokrotną eksploatacją górniczą z wykorzystaniem teorii automatów komórkowych

Mielimąka R., Sikora P.

Przegląd Górniczy

|

2017

|

T. 73, nr 12

84--92

PL

W pracy przedstawiono przykład rzeczywistej wielokrotnej eksploatacji pokładowej węgla kamiennego, która spowodowała powstanie na powierzchni terenu górniczego niecki obniżeniowej. Deformacje powierzchni objęte były systematycznymi pomiarami niwelacyjnymi wzdłuż linii pomiarowej „H”. Dla przedstawionego przykładu podziemnej eksploatacji wykonano obliczenia numeryczne z wykorzystaniem teorii automatów komórkowych, a następnie porównano je z wynikami obserwacji geodezyjnych. Celem artykułu była weryfikacja założeń teoretycznych modelu i wykazanie praktycznych możliwości zastosowania przedmiotowej metody do oceny deformacji terenu górniczego.

EN

This paper presents an example of real multiple hard coal mining which caused the formation of a subsidence trough on the surface of the mining area. Surface deformations were covered by systematic leveling measurements along the measurement line “H”. For the illustrated example of underground mining, numerical calculations were made using the theory of cellular automata, and then compared with the results of geodetic observations. The aim of the paper was to verify the theoretical assumptions of the model and to demonstrate the practical possibilities of applying this method to assess the deformation of the mining area.

20

Modelowanie wydzielania węglikoazotków w stalach mikrostopowych z wykorzystaniem metody automatów komórkowych

Marynowski P., Adrian H., Głowacki M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2017

|

Vol. 84, nr 4

142--145

PL

Wydzielenia węglikoazotków mikrododatków V, Nb i Ti silnie wpływają na mikrostrukturę i własności mechaniczne stali mikrostopowych. Do przewidywania własności mechanicznych stali wymagane są takie parametry wydzieleń jak zawartość (ułamek objętości) i rozmiar (średni promień cząstek). Modele matematyczne opisujące proces wydzielania pozwalają określić te parametry. Modele te opierają się na równaniach algebraicznych opisujących zarodkowanie i kinetykę wzrostu wydzieleń. Rozwój nauk informatycznych umożliwia przeprowadzanie symulacji procesów wydzieleniowych. Jednym z dostępnych narzędzi informatycznych do przeprowadzenia symulacji jest metoda automatów komórkowych. W artykule przedstawiono model automatu komórkowego do obliczania rozmieszczenia i zawartości wydzieleń węglikoazotków w stalach mikrostopowych zawierających dodatki Ti, Nb lub V.

EN

Carbonitrides precipitations of microalloying elements, V, Nb and Ti, strongly influence the microstructure and mechanical properties of high strength low alloy steels. To predict the mechanical properties of these steels parameters of precipitates such as size (mean radius) and content (volume fraction) are required. Mathematical models describing the carbonitrides precipitation process enable to calculate these parameters. The development of computer science enables simulations of precipitation process. The models are based on the algebraic equations describing the nucleation and growth kinetics of precipitates. One of the available tools to simulate the precipitation processes is the method of Cellular Automata. Cellular Automata model proves to be very efficient in modelling various phenomena in materials science. Cellular Automata model of carbonitride precipitation in microalloyed steels containing such elements as Ti, Nb or V is presented in the paper. The model predicts kinetics of precipitation as well as stereological parameters of precipitates.