本文關(guān)鍵詞：基于Calculix的有限元并行算法優(yōu)化研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：有限元法是結(jié)構(gòu)分析中應用最廣泛的數(shù)值分析法,在國防和經(jīng)濟建設領(lǐng)域的大規(guī)模科學計算中占據(jù)重要的地位。隨著并行計算的不斷發(fā)展,有限元并行計算為復雜數(shù)值分析提供了有力的支持,增加了數(shù)值分析的規(guī)模,提高了計算的速度和工作效率,促進有限元在大型結(jié)構(gòu)工程中的應用。隨后,有限元分析軟件的出現(xiàn)有效的繼承了有限元技術(shù),其具有分析準確可靠、計算效率高、使用方便、易于擴充和修改等特點,促進了有限元并行化的發(fā)展。在商業(yè)有限元分析軟件處于主導地位的環(huán)境下,本文結(jié)合廣州超算先導系統(tǒng)的有限元并行計算分析平臺,以開源有限元求解器Calculix為對象,對其進行多線程和多進程改造和并行算法優(yōu)化,主要工作有：(1)針對有限元并行計算結(jié)合實際應用和求解復雜數(shù)值計算問題,探討了開源有限元求解器Calculix在廣州超算先導系統(tǒng)下的并行有限元平臺實現(xiàn)原理,給出了并行化改造方案,方案對平臺的功能需求和可行性進行探索,給出了Caculix有限元求解器和Spooles和Arpack之間聯(lián)合求解的系統(tǒng)框架和工作流程。(2)深入剖析有限元求解器Calculix的計算模塊CCX,充分利用CCX對多線程的支持,設計P_solver接口實現(xiàn)多進程的并行化改造,實現(xiàn)了對船舶構(gòu)件疲勞分析數(shù)據(jù)的并行計算。(3)針對提高平臺在船舶疲勞強度分析中大規(guī)模數(shù)值計算分析的效率問題,本文給出基于列主元的多行雙門檻的不完全LU分解預處理方法,證明該方法下的不完全LU分解可以進行下去,運用實際算例進行測試。對船體部件的結(jié)構(gòu)疲勞分析測試結(jié)果表明：Calculix的多進程并行計算及其并行算法優(yōu)化提高了計算速度和工作效率。平臺通過C/S的方式提供服務,方便用戶使用,實踐證明該平臺為船舶設計人員使用Calculix提供了新的方式。本課題研究了廣州超算先導系統(tǒng)環(huán)境下的Calculix有限元并行分析平臺,應用到船舶設計領(lǐng)域,擴展了超級計算機的應用領(lǐng)域。
【關(guān)鍵詞】：并行計算 并行優(yōu)化 有限元求解器
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB115
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 研究背景13-17
• 1.1.1 有限元分析法13-14
• 1.1.2 數(shù)值計算14-15
• 1.1.3 有限元通用程序15
• 1.1.4 有限元并行計算15-17
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.1 國內(nèi)并行計算平臺研究17-18
• 1.2.2 并行算法研究18-19
• 1.3 論文內(nèi)容及意義19-20
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)20
• 1.5 項目支持20-21
• 第二章 有限元處理技術(shù)21-30
• 2.1 有限元分析軟件21-24
• 2.1.1 商業(yè)有限元分析軟件21-23
• 2.1.2 開源有限元分析軟件23-24
• 2.2 數(shù)值計算24-28
• 2.2.1 直接法25-26
• 2.2.2 迭代法26-27
• 2.2.3 預處理技術(shù)27-28
• 2.3 有限元求解器的選擇28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 有限元分布并行計算分析平臺的設計30-36
• 3.1 平臺功能需求和可行性分析30
• 3.2 廣州超算先導系統(tǒng)30-32
• 3.3 系統(tǒng)機制研究32-34
• 3.3.1 系統(tǒng)框架32-33
• 3.3.2 系統(tǒng)工作流程33-34
• 3.4 基于C/S的有限元分析平臺34-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第四章 Calculix在超算先導系統(tǒng)上的部署與并行實現(xiàn)36-51
• 4.1 Calculix在超算先導系統(tǒng)上的部署與實現(xiàn)36-40
• 4.1.1 Calculix與Spooles、Arpack庫36-38
• 4.1.2 Calculix有限元分析平臺的實現(xiàn)38-39
• 4.1.3 CGX、CCX、Spooles和Arpack的具體部署39-40
• 4.2 并行化改造40-44
• 4.2.1 多線程改造40-41
• 4.2.2 多進程改造41
• 4.2.3 P_solver接口程序的設計41-42
• 4.2.4 程序中的函數(shù)描述42-44
• 4.3 并行算法改進44-49
• 4.3.1 算法可行性45
• 4.3.2 改進的MRILUT(b,p,τ)45-47
• 4.3.3 算法收斂性47-49
• 4.3.4 基于列主元的多行雙門檻不完全LU分解算法49
• 4.4 本章小結(jié)49-51
• 第五章 有限元平臺測試與分析51-62
• 5.1 性能測試指標51-52
• 5.1.1 加速比和效率51-52
• 5.1.2 可擴展性評測標準52
• 5.2 系統(tǒng)功能測試52-61
• 5.2.1 CGX的功能測試52-54
• 5.2.2 CCX的功能測試54-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 總論和展望62-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文68-69
• 攻讀學位期間參加的科研項目69-71
• 致謝71

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