<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="en"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">donstu</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="en">Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)</journal-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don)</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="epub">2687-1653</issn><publisher><publisher-name>Don State Technical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.23947/1992-5980-2017-17-4-89-96</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">donstu-187</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>INFORMATION TECHNOLOGY, COMPUTER SCIENCE AND MANAGEMENT</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Development and application of distributed computing system in inverse problems of fracture mechanics</article-title><trans-title-group xml:lang="ru"><trans-title>Разработка и применение системы распределенных вычислений в решении обратных задач механики разрушений</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Соловьев</surname><given-names>Аркадий Николаевич</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Soloviev</surname><given-names>Arkady N.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">solovievarc@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Васильев</surname><given-names>Павел Владимирович</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Vasiliev</surname><given-names>Pavel V.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">liftzeigen@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Подколзина</surname><given-names>Любовь Александровна</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Podkolzina</surname><given-names>Lyubov A.</given-names></name></name-alternatives><email xlink:type="simple">podkolzinalu@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Донской государственный технический университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Don State Technical University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2017</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>13</day><month>07</month><year>2018</year></pub-date><volume>17</volume><issue>4</issue><fpage>89</fpage><lpage>96</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Soloviev A.N., Vasiliev P.V., Podkolzina L.A., 2017</copyright-statement><copyright-year>2017</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Соловьев А.Н., Васильев П.В., Подколзина Л.А.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Soloviev A.N., Vasiliev P.V., Podkolzina L.A.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/187">https://www.vestnik-donstu.ru/jour/article/view/187</self-uri><abstract><p>Introduction. When solving problems that require processing of a large amount of data, the problem of obtaining a solution in an acceptable time arises. One of the ways to implement a time-resource constraint is to split the entire amount of computing between several data centers. Therefore, to develop methods to improve the speed of computing systems and the effectiveness of their use is an important task. The paper deals with the development of a distributed computing system to provide solutions to inverse problems in the field of fracture mechanics. The work objectives are the design, and calculation and experimental justification of the system for solving an ad-hoc type of tasks. Such software packages as ANSYS, COMSOL, and FlexPDE are used in the work. Materials and Methods. A methodology is proposed that allows for the use of ordinary PCs as processing centers, rather than specialized machines with preinstalled hardware. The system does not impose any special requirements on the hardware. For the system operation, the communication between PCs is necessary. The availability of the high-quality high-speed network is desirable. This simplifies the process of the system deployment, and increases the productivity of the computing process. A finite element model with a large set of parameters is calculated. Research Results. New software is developed to provide solutions to inverse problems in the field of fracture mechanics. The opportunity to use the system for solving a wider range of tasks is realized. Special features of similar software are taken into account in order to increase resiliency and reduce costs not related to the problem solution. The system executing module performs calculations in a multithreaded mode. Therefore, the hardware capabilities of computing tools are used with maximum efficiency. Simplicity in organizing the format of data storage and transferring them over the network made it possible to achieve the most optimal utilization of the available resources. Discussion and Conclusions. The developed system of distributed computations is used in performing finite element modeling of the ultrasonic wave propagation in the wall of a tube with a thin outer coating. The system provides a backup of data. This made it possible to reduce the possible losses of design data when some components of the system fail.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="ru"><p>Введение. При решении задач, требующих обработки большого объема данных, возникает проблема получения решения за приемлемое время. Одним из способов выполнения ограничения на временной ресурс является разделение всего объема вычислений между несколькими центрами обработки данных. Следовательно, задача разработки методов повышения быстродействия вычислительных систем и эффективности их использования является актуальной. В настоящей работе рассматривается разработка системы распределенных вычислений для обеспечения решения обратных задач в области механики разрушений. Целями работы являются проектирование и расчетно-экспериментальное обоснование системы для решения узко специализированного типа задач. В работе применяются такие программные комплексы как ANSYS , COMSOL и FlexPDE . Методология. Предложена методология, позволяющая использовать в качестве центров обработки обычные ПК, а не специализированные машины с предустановленным аппаратным обеспечением. Система не накладывает особых требований к аппаратной части компьютеров. Для функционирования системы необходима связь между ПК. Наличие качественной высокоскоростной сети является желательным, так как это упрощает процесс развертывания системы и увеличивает производительность вычислительного процесса. Проведен расчет конечно-элементной модели с большим набором параметров. Результаты исследования . Разработано новое программное обеспечение для обеспечения решения обратных задач в области механики разрушений. Реализована возможность использования системы для решения более широкого спектра задач. Были учтены особенности аналогичного ПО с целью повышения отказоустойчивости и уменьшения издержек, не связанных с решением задачи. Исполняющий модуль системы проводит вычисления в многопоточном режиме, поэтому аппаратные возможности вычислительных средств используются максимально рационально. Простота организации формата хранения данных и передачи их по сети позволила достигнуть наиболее оптимального использования доступных ресурсов. Обсуждение и заключения . Разработанная система распределенных вычислений применена при проведении конечно-элементного моделирования распространения ультразвуковой волны в стенке трубы с тонким внешним покрытием. В системе предусмотрено резервное копирование данных, что позволило сократить возможные потери расчетных данных при отказе некоторых компонентов системы.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>распределенные вычисления</kwd><kwd>гетерогенные системы</kwd><kwd>конечно-элементное моделирование</kwd><kwd>неразрушающий контроль</kwd><kwd>идентификация дефектов</kwd><kwd>distributed computing</kwd><kwd>heterogeneous systems</kwd><kwd>finite element modeling</kwd><kwd>non-destructive testing</kwd><kwd>defect identification</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Chih-Fong Tsai, Wei-Chao Lin, Shih-Wen Ke. Big data mining with parallel computing: A comparison of distributed and MapReduce methodologies. Journal of Systems and Software, 2016, vol. 122, pp. 83-92.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chih-Fong Tsai, Wei-Chao Lin, Shih-Wen Ke. Big data mining with parallel computing: A comparison of distributed and MapReduce methodologies. Journal of Systems and Software, 2016, vol. 122, pp. 83–92.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Gantz, J. The digital universe in 2020: Big data, bigger digital shadows, and biggest growth in the Far East. IDC iView: IDC Analyze the Future, 2012, vol. 2007, pp. 1-16.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gantz, J. The digital universe in 2020: Big data, bigger digital shadows, and biggest growth in the Far East. IDC iView: IDC Analyze the Future, 2012, vol. 2007, pp. 1–16.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Shvachko, K., Kuang, H., Sanjay, R., Chansler, R. The Hadoop distributed file system. Mass Storage Systems and Technologies (MSST), 2010 IEEE 26th Symposium on, IEEE, 2010, pp. 1-10.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Shvachko, K., Kuang, H., Sanjay, R., Chansler, R. The Hadoop distributed file system. Mass Storage Systems and Technologies (MSST), 2010 IEEE 26th Symposium on, IEEE, 2010, pp. 1–10.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Lakshman, A., Malik, P. Cassandra - A decentralized structured storage system. ACM SIGOPS Oper. Syst. Rev., 2010, vol. 44, no. 2, pp. 35-40.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lakshman, A., Malik, P. Cassandra – A decentralized structured storage system. ACM SIGOPS Oper. Syst. Rev., 2010, vol. 44, no. 2, pp. 35–40.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Thusoo, A., Sarma, J.S., Jain, N., Shao, Z., Chakka, P., Anthony, S., Liu, H., Wyckoff, P., Murthy, R. Hive-A warehousing solution over a Map-Reduce framework. Proc. VLDB Endowment, 2009, vol. 2 no. 2, pp. 1626-1629.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Thusoo, A., Sarma, J.S., Jain, N., Shao, Z., Chakka, P., Anthony, S., Liu, H., Wyckoff, P., Murthy, R. Hive—A warehousing solution over a Map-Reduce framework. Proc. VLDB Endowment, 2009, vol. 2 no. 2, pp. 1626–1629.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Foster, I., Kesselman C., Tuecke, S. The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations. International Journal of Supercomputer Applications and High-Performance Computing, 2001, vol. 15, no 3, pp. 200-222.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Foster, I., Kesselman, C., Tuecke, S. The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations. International Journal of Supercomputer Applications and High-Performance Computing, 2001, vol. 15, no 3, pp. 200–222.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Frank J. Seinstra, Jason Maassen, Rob V. van Nieuwpoort, Niels Drost, Timo van Kessel, Ben van Werkhoven, Jacopo Urbani, Ceriel Jacobs, Thilo Kielmann, Henri E. Bal. Jungle computing: Distributed supercomputing beyond clusters, grids, and clouds. Grids, Clouds and Virtualization, London: Springer, 2011, pp. 167-197.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Seinstra, F., Maassen, J., van Nieuwpoort, R.V., Drost, N., van Kessel, T., van Werkhoven, B., Urbani, J., Jacobs, C., Kielmann, T., Bal, H.E. Jungle computing:  Distributed supercomputing beyond clusters, grids, and clouds. Grids, Clouds and Virtualization, London: Springer, 2011, pp. 167–197.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Таненбаум, Э. Распределенные системы: принципы и парадигмы / Э. Таненбаум. - Санкт-Петербург : Питер, 2003. - 877 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tanenbaum, E. Raspredelennye sistemy: printsipy i paradigmy. [Distributed systems: principles and paradigms.] St.Petersburg: Piter, 2003, 877 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Soloviev, A.N., Sobol, B.V., Vasiliev, P.V. Ultrasonic Location of Inner Crack Defects in a Compound Elastic Cylinder Using an Artificial Neural-Network Apparatus. Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, no. 3, pp. 119-124.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Soloviev, A.N., Sobol, B.V., Vasiliev, P.V. Ultrasonic Location of Inner Crack Defects in a Compound Elastic Cylinder Using an Artificial Neural-Network Apparatus.  Russian Journal of Nondestructive Testing, 2016, vol. 52, no. 3, pp. 119–124.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ватульян, А. О. Обратные задачи в механике деформируемого твёрдого тела / А. О. Ватульян. - Москва : Физматлит, 2007. - 224 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vatulyan, А.О. Obratnye zadachi v mekhanike deformiruemogo tverdogo tela. [Inverse problems in deformable solid mechanics.] Moscow: Fizmatlit, 2007, 224 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Willcox, M.A. A Brief Description of NDT Techniques. Toronto: NDT Equipment Limited, 2003. 54 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Willcox, M.A. A Brief Description of NDT Techniques. Toronto: NDT Equipment Limited, 2003, 54 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
