19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
IL CALCOLO SCIENTIFICO
NELLE SCIENZE DELLA TERRA
Claudio Mazzoli, Dipartimento di Geoscienze
Dipartimento di Geoscienze
Geofisica della Terra solida, geodesia:
• Determinazione e interpretazione dei tassi attuali di deformazione
superficiale su scala regionale mediante elaborazione dei dati
GPS da stazioni permanenti;
• Interpretazione geofisica delle anomalie gravitazionali in termini di
reologia della litosfera, e determinazione delle velocità delle
placche continentali per mezzo di tecniche spaziali;
Geologia stratigrafica, ricerca petrolifera, paleoclimatologia:
• Modelli di affioramento a scala sismica di dati LiDAR e
ricostruzione 3D di strutture geologiche profonde;
• Analisi di serie storiche paleoclimatiche da archivi naturali e
teleconnessioni nei modelli generali di circolazione;
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Petrologia dei processi magmatici e metamorfici:
• Modellazione 3D della crescita cristallina in funzione delle
anisotropie energetiche dei cristalli e della deformazione;
• Modellazione 3D di microstrutture di reazione, velocità di reazione
e diffusione nel metamorfismo;
Geologia strutturale, geologia applicata:
• Modelli 3D dell’architettura di zone di faglia nella costruzione di
gallerie;
• Simulazione agli elementi finiti del comportamento dei materiali
durante flusso duttile e deformazione fragile;
• Modellazione strutturale di fenomeni di instabilità di versante;
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Geologia stratigrafica, ricerca petrolifera:
Modello 3D di un duomo salino
basato su rilievi Laser Scanner,
sismici e di terreno
Simulazione 3D della porosità in
un giacimento di idrocarburi
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Petrologia dei processi magmatici e metamorfici:
Simulazioni di sviluppo cristallino in
sistemi a rapido raffreddamento, con
formazione di strutture dendritiche.
Importanti implicazioni sulle proprietà
di molti materiali e processi produttivi.
Modelli di sviluppo di microstrutture
di reazione in rocce metamorfiche.
Importanti implicazioni sulla
conoscenza della cinetica dei
processi metamorfici.
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Petrologia dei processi magmatici e metamorfici:
• Problemi inversi in meccanica computazionale;
• Approcci matematici allo studio dei processi di transizione di fase nei
materiali su base termodinamica che vanno sotto il nome di “Phase
Field Theory”;
• Codici di simulazione agli elementi finiti basati su sistemi di equazioni di
diffusione e di equilibrio termodinamico locale, considerando sistemi
complessi (numero elevato di fasi mineralogiche, con modelli di
soluzione solida complessi), applicabili a situazioni microstrutturali
qualsiasi:
-
Stima delle condizioni P e T del metamorfismo e percorsi P-T-t;
Stima della velocità delle reazioni metamorfiche;
Stima dei coefficienti di diffusione assoluti durante il metamorfismo;
Ricostruzione della evoluzione di rocce poli-metamorfiche;
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Geologia strutturale:
Modello 3D dell'architettura di una
zona di faglia delle Alpi CentroOrientali interessata dallo scavo
della galleria di base del Brennero.
La simulazione agli elementi finiti (FEM) del comportamento dei materiali
durante flusso duttile e deformazione fragile potrà richiedere rilevanti
risorse di calcolo parallelo.
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Geologia strutturale:
• Attualmente i calcoli sono eseguiti in 2D con basso dettaglio, sia per la
limitatezza dei dati, sia per i limiti nelle capacità di calcolo;
• Il calcolo parallelo è richiesto per:
- Passaggio a 3D
- Uso di mesh raffinate o di geometrie complesse (già in 2D)
- Studio della cinematica dei processi deformativi con reologie di tipo
non lineare
• Il cunicolo pilota della galleria del Brennero permetterà di avere una
visione dettagliata, e quindi di passare ad un’analisi marcatamente 3D
dell’architettura di una zona di faglia e con mesh raffinate.
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Geologia applicata:
Modello 3D della Torre Inglese
(Cinque Torri). Sono evidenziati
due piani di discontinuità.
La modellazione strutturale di fenomeni di instabilità di versante potrà
richiedere l’uso di risorse di calcolo parallelo.
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Geologia applicata:
• Attualmente il calcolo parallelo non è richiesto (struttura 3D dei corpi di
frana non nota con sufficiente dettaglio);
• In prospettiva, considerando i nuovi sistemi di monitoraggio ad alta
risoluzione acquisiti dal Dipartimento di Geoscienze, il calcolo parallelo
potrà avere un ruolo per:
- Simulazione Montecarlo della possibile orientazione dei piani di
discontinuità sulla base del rilievo geomeccanico di superficie, e
conseguente modellazione strutturale agli elementi distinti (DEM)
- Simulazione Montecarlo di frane di terra, e modellazione strutturale
FEM utilizzando i dati laser scanner e GPS;
- Studio del flusso termico in superficie degli ammassi rocciosi
- Analisi di comportamenti non lineari
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Necessità di calcolo delle Geoscienze:
Determinazione orbitale, soluzione iterativa di sistemi ridondanti di equazioni
linearizzate, con i minimi quadrati pesati, analisi e modellazione strutturale
agli elementi finiti in 2 e 3 dimensioni;
Gestione di grafica in movimento, con capacità di gestione di grandi moli di
dati spaziali (presumibilmente > 100 Gb), con software tipo CAD e GO-CAD;
Calcolo parallelo per simulazioni Montecarlo di corpi geologici di varia
natura, e relativa evoluzione temporale;
Modelli 3D ad elementi finiti di sistemi deformabili, ed evoluzione temporale
di microstrutture combinando relazioni differenziali e termodinamica
irreversibile, avendo come riferimento per la meccanica computazionale il
calcolo parallelo;
Necessità prevalente di calcolo parallelo, con utilizzo intenso ma in genere
limitato nel tempo.
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
Dipartimento di Geoscienze
Situazione attuale per il Calcolo Scientifico:
Calcolo Scientifico prevalentemente affidato a singole workstation per la
soluzione di problemi relativamente semplici (in genere 2D) o ad array di
poche workstation dedicate;
Collaborazioni con colleghi del Dipartimento di Matematica Pura ed Applicata
nello sviluppo di modelli ad elementi finiti di microstrutture di reazione;
Prossimo allestimento di un’aula informatica (circa 20 postazioni) con
potenzialità di utilizzo per calcolo parallelo;
Problemi strutturali di comunicazione con altri dipartimenti (e con la sede
distaccata ex-INAIL) dovuti ad inadeguatezza del collegamento con il Centro
di Calcolo, almeno fino a quando non avverrà il trasferimento nel nuovo
edificio ora in costruzione nell’area Sud Piovego.
19 dicembre 2007 - Padova, Archivio Antico del Bo’ - Workshop tematico
Il calcolo scientifico a Padova: condivisione di competenze e creazione di strutture integrate
