Skip to main content
Erschienen in: Acoustical Physics 6/2022

01.12.2022 | NONLINEAR ACOUSTICS

The Use of Graphic Accelerators in Simulation of Nonlinear Ultrasonic Beams with Shock Fronts on the Basis of the Westerwelt Equation

verfasst von: E. O. Konnova, V. A. Khokhlova, P. V. Yuldashev

Erschienen in: Acoustical Physics | Ausgabe 6/2022

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

The problem of accelerating the algorithm for calculating nonlinear effects is considered, when modeling high-intensity ultrasonic beams based on the one-way Westervelt equation. When constructing a numerical solution for strongly distorted waves with shock fronts, it is necessary to take into account large number of harmonics (up to 1000) on spatial grids with a matrix size of the order of 10 000 by 10 000, which requires the processing of large amounts of data and a long calculation time. In this paper, the implementation of the nonlinearity operator is carried out in a time representation using a Godunov-type shock-catching scheme, which allows modeling nonlinear waves with shock fronts with a small (3) number of grid nodes on the shock front. The paper compares the efficiency of using this method when it is implemented on central processing units (CPUs) and graphics processing units (GPUs) in comparison with the spectral method implemented earlier for quasi-linear wave propagation. An analysis is made of the speed of algorithm execution on the CPU and GPU, depending on the size of the input data arrays.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat M. R. Bailey, V. A. Khokhlova, O. A. Sapozhnikov, S. G. Kargl, and L. A. Crum, Acoiust. Phys. 49 (4), 369 (2003).CrossRef M. R. Bailey, V. A. Khokhlova, O. A. Sapozhnikov, S. G. Kargl, and L. A. Crum, Acoiust. Phys. 49 (4), 369 (2003).CrossRef
2.
Zurück zum Zitat P. B. Rosnitskiy, P. V. Yuldashev, O. A. Sapozhnikov, et al., IEEE Trans. Ultrason. Ferr. Freq. Control 64 (2), 374 (2016).CrossRef P. B. Rosnitskiy, P. V. Yuldashev, O. A. Sapozhnikov, et al., IEEE Trans. Ultrason. Ferr. Freq. Control 64 (2), 374 (2016).CrossRef
3.
Zurück zum Zitat I. A. Shvetsov, S. A. Shcherbinin, P. A. Astafiev, M. O. Moysa, and A. N. Rybyanets, Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 82 (3), 355 (2018).CrossRef I. A. Shvetsov, S. A. Shcherbinin, P. A. Astafiev, M. O. Moysa, and A. N. Rybyanets, Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 82 (3), 355 (2018).CrossRef
4.
Zurück zum Zitat M. M. Karzova, P. V. Yuldashev, P. B. Rosnitskiy, and V. A. Khokhlova, Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 81 (8), 927 (2017).CrossRef M. M. Karzova, P. V. Yuldashev, P. B. Rosnitskiy, and V. A. Khokhlova, Bull. Russ. Acad. Sci.: Phys. 81 (8), 927 (2017).CrossRef
6.
Zurück zum Zitat W. Kreider, P. V. Yuldashev, O. A. Sapozhnikov, N. Farr, A. Partanen, M. R. Bailey, and V. A. Khokhlova, IEEE Trans. Ultrason. Ferr. Freq. Control 60 (8), 1683 (2013).CrossRef W. Kreider, P. V. Yuldashev, O. A. Sapozhnikov, N. Farr, A. Partanen, M. R. Bailey, and V. A. Khokhlova, IEEE Trans. Ultrason. Ferr. Freq. Control 60 (8), 1683 (2013).CrossRef
7.
Zurück zum Zitat K. Okita, K. Ono, S. Takagi, and Y. Matsumoto, Int. J. Numer. Methods Fluids 65 (1-3), 43 (2010).CrossRef K. Okita, K. Ono, S. Takagi, and Y. Matsumoto, Int. J. Numer. Methods Fluids 65 (1-3), 43 (2010).CrossRef
8.
Zurück zum Zitat W. F. Ames, Numerical Methods for Partial Differential Equations, 3rd ed. (Academic, San Diego, 2014), p. 380. W. F. Ames, Numerical Methods for Partial Differential Equations, 3rd ed. (Academic, San Diego, 2014), p. 380.
10.
Zurück zum Zitat C. R. Bawiec, T. D. Khokhlova, O. A. Sapozhnikov, et al., IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 68 (5), 1496 (2021).CrossRef C. R. Bawiec, T. D. Khokhlova, O. A. Sapozhnikov, et al., IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 68 (5), 1496 (2021).CrossRef
11.
Zurück zum Zitat E. E. Perepelkin, B. I. Sadovnikov, and N. G. Inozemtseva, Calculations with Graphic Processors for the Problems of Mathematical and Theoretical Physics (Lenand, Moscow, 2014) [in Russian]. E. E. Perepelkin, B. I. Sadovnikov, and N. G. Inozemtseva, Calculations with Graphic Processors for the Problems of Mathematical and Theoretical Physics (Lenand, Moscow, 2014) [in Russian].
12.
13.
Zurück zum Zitat M. V. Aver’yanov, Candidate’s Dissertation in Mathematics and Physics (MSU, Moscow, 2008). M. V. Aver’yanov, Candidate’s Dissertation in Mathematics and Physics (MSU, Moscow, 2008).
14.
16.
Zurück zum Zitat S. S. Kashcheeva, O. A. Sapozhnikov, V. A. Khokhlova, M. A. Averkiou, and L. A. Crum, Acoust. Phys. 46 (2), 170 (2000).ADSCrossRef S. S. Kashcheeva, O. A. Sapozhnikov, V. A. Khokhlova, M. A. Averkiou, and L. A. Crum, Acoust. Phys. 46 (2), 170 (2000).ADSCrossRef
17.
Zurück zum Zitat O. V. Rudenko and S. I. Soluyan, Theoretical Foundations for Nonlinear Acoustics (Nauka, Moscow, 1975), p. 288 [in Russian].MATH O. V. Rudenko and S. I. Soluyan, Theoretical Foundations for Nonlinear Acoustics (Nauka, Moscow, 1975), p. 288 [in Russian].MATH
Metadaten
Titel
The Use of Graphic Accelerators in Simulation of Nonlinear Ultrasonic Beams with Shock Fronts on the Basis of the Westerwelt Equation
verfasst von
E. O. Konnova
V. A. Khokhlova
P. V. Yuldashev
Publikationsdatum
01.12.2022
Verlag
Pleiades Publishing
Erschienen in
Acoustical Physics / Ausgabe 6/2022
Print ISSN: 1063-7710
Elektronische ISSN: 1562-6865
DOI
https://doi.org/10.1134/S1063771022060161

Weitere Artikel der Ausgabe 6/2022

Acoustical Physics 6/2022 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.