Hispanopedia WikiLa mecánica computacional es la disciplina que se ocupa del uso de métodos computacionales para estudiar fenómenos regidos por los principios de la mecánica . [ 1 ] Antes del surgimiento de la ciencia computacional (también llamada computación científica) como una "tercera vía" además de las ciencias teóricas y experimentales, la mecánica computacional se consideraba generalmente una subdisciplina de la mecánica aplicada . Actualmente se considera una subdisciplina dentro de la ciencia computacional.
Descripción general
La mecánica computacional (MC) es interdisciplinaria. Sus tres pilares son la mecánica , las matemáticas y la informática .
Mecánica
La dinámica de fluidos computacional , la termodinámica computacional , el electromagnetismo computacional y la mecánica de sólidos computacional son algunas de las muchas especializaciones dentro de la CM.
Matemáticas
Las áreas de las matemáticas más relacionadas con la mecánica computacional son las ecuaciones diferenciales parciales , el álgebra lineal y el análisis numérico . Los métodos numéricos más utilizados son, en orden de predominio, los métodos de elementos finitos , diferencias finitas y elementos de contorno . En mecánica de sólidos, los métodos de elementos finitos son mucho más frecuentes que los de diferencias finitas, mientras que en mecánica de fluidos, termodinámica y electromagnetismo, los métodos de diferencias finitas son prácticamente igual de aplicables. La técnica de elementos de contorno es, en general, menos popular, pero tiene su nicho en ciertas áreas, como la ingeniería acústica, por ejemplo.
Ciencias de la Computación
En el ámbito de la informática, la programación, los algoritmos y la computación paralela desempeñan un papel fundamental en la mecánica computacional. El lenguaje de programación más utilizado en la comunidad científica, incluyendo la mecánica computacional, es Fortran . Recientemente, C++ ha ganado popularidad. La comunidad de computación científica ha tardado en adoptar C++ como lenguaje estándar. Debido a su facilidad para expresar cálculos matemáticos y sus capacidades de visualización integradas, el lenguaje/entorno propietario MATLAB también se utiliza ampliamente, especialmente para el desarrollo rápido de aplicaciones y la verificación de modelos.
Proceso
Los científicos del campo de la mecánica computacional siguen una lista de tareas para analizar el proceso mecánico que estudian:
- Se elabora un modelo matemático del fenómeno físico. Esto generalmente implica expresar el sistema natural o de ingeniería en términos de ecuaciones diferenciales parciales . Este paso utiliza la física para formalizar un sistema complejo.
- Las ecuaciones matemáticas se transforman en formas adecuadas para el cálculo digital. Este paso se denomina discretización, ya que implica la creación de un modelo discreto aproximado a partir del modelo continuo original. En concreto, suele traducir una ecuación diferencial parcial (o un sistema de ecuaciones) en un sistema de ecuaciones algebraicas . Los procesos que intervienen en este paso se estudian en el campo del análisis numérico .
- Los programas informáticos se diseñan para resolver las ecuaciones discretizadas mediante métodos directos (métodos de un solo paso que proporcionan la solución) o métodos iterativos (que parten de una solución de prueba y llegan a la solución definitiva mediante refinamiento sucesivo). Dependiendo de la naturaleza del problema, en esta etapa se pueden utilizar supercomputadoras o computadoras paralelas .
- El modelo matemático, los procedimientos numéricos y los códigos informáticos se verifican mediante resultados experimentales o modelos simplificados para los que se dispone de soluciones analíticas exactas . Con frecuencia, las nuevas técnicas numéricas o computacionales se verifican comparando sus resultados con los de métodos numéricos ya establecidos. En muchos casos, también se dispone de problemas de referencia. Los resultados numéricos deben visualizarse y, a menudo, se les atribuyen interpretaciones físicas.
Aplicaciones
Algunos ejemplos donde la mecánica computacional se ha utilizado en la práctica son la simulación de colisiones de vehículos , la modelización de yacimientos petrolíferos , la biomecánica, la fabricación de vidrio y la modelización de semiconductores.
Se han simulado con éxito sistemas complejos que serían muy difíciles o imposibles de tratar mediante métodos analíticos, utilizando las herramientas que proporciona la mecánica computacional.
Véase también
Referencias
Enlaces externos
- Asociación Estadounidense de Mecánica Computacional
- Publicaciones de Mecánica Computacional del Instituto Santa Fe
- Ciencia computacional
- Mecánica
- Campos de estudio computacionales
- Física computacional