本文關(guān)鍵詞：超算環(huán)境下基于CALCULIX的船舶疲勞強度并行計算分析技術(shù)研究

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【摘要】：在船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度有限元法分析中,通過并行計算提高計算效率是眾多學者研究的課題之一,有限元分析軟件在工程設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)具有廣泛的應(yīng)用。對于各種大型和超大型的復雜結(jié)構(gòu)工程問題,雖然目前計算機硬件的配置發(fā)展很迅速,但對于普通PC機,受限制于CPU的計算速度和制約于有限的內(nèi)存空間,對于一些超大規(guī)模的工程問題,通常會造成在計算時間上的過于漫長,甚至無法進行計算分析,難以滿足仿真設(shè)計的效率。這也是有限元分析軟件在工程設(shè)計仿真中得到更深層次的應(yīng)用而出現(xiàn)的瓶頸問題之一。超級計算機高性能計算的發(fā)展成為解決工程計算分析瓶頸的一個有效解決方法。本文通過研究有限元并行計算分析技術(shù),并結(jié)合廣州超算中心先導系統(tǒng),基于開源有限元求解器建立一個可用的船舶結(jié)構(gòu)疲勞強度有限元并行計算分析平臺,并應(yīng)用于實際有限元計算分析中。本文對有限元分析方法進行了簡單介紹,并通過分析超級計算機的軟硬件系統(tǒng)環(huán)境、作業(yè)提交模式,分析船舶疲勞強度有限元法在有限元分析軟件中的仿真分析過程,提出將開源有限元求解器Calculix基于MPI的分布并行計算改造,使其適合于在高性能計算環(huán)境中運行。在超級計算機環(huán)境下,以區(qū)域分解并行算法和并行預(yù)處理共軛梯度法為基礎(chǔ),在各個計算節(jié)點上進行子區(qū)域并行求解,采用C語言結(jié)合MPI的編程方法,修改Calculix的部分源碼,結(jié)合基于區(qū)域分解的并行求解策略,設(shè)計適合于有限元分布并行計算分析系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)度策略。為了在超算環(huán)境下實現(xiàn)有限元并行計算分析系統(tǒng),研究Calculix的前后處理模塊以及計算分析模塊,構(gòu)建出相應(yīng)的系統(tǒng)架構(gòu)模型,加入開源系統(tǒng)方程組并行求解庫從而達到有限元分析并行化的目的。基于負載均衡實現(xiàn)并優(yōu)化了并行分析系統(tǒng),提升計算效率,降低計算時間開銷,以C/S模式搭建遠程交互平臺。最后用實際算例驗證了船舶疲勞強度有限元并行計算分析系統(tǒng)的正確性和高效性,測試結(jié)果表明同等條件下該有限元并行計算改造方法大大縮短了船舶設(shè)計中數(shù)值計算分析部分的時間開銷。
【關(guān)鍵詞】：有限元求解器 消息傳遞接口 有限元法 并行計算
【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】：U661.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 論文的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文所做的工作12-13
• 1.4 文章框架結(jié)構(gòu)13
• 1.5 項目支持13-14
• 第二章 船舶疲勞強度分析有限元方法14-23
• 2.1 超算平臺簡介14-18
• 2.1.1 軟硬件結(jié)構(gòu)14-15
• 2.1.2 MPI編譯環(huán)境15-16
• 2.1.3 作業(yè)提交模式16-18
• 2.2 有限元并行計算分析18-19
• 2.3 有限元法前后處理關(guān)鍵技術(shù)19-22
• 2.3.1 模型建立20
• 2.3.2 網(wǎng)格劃分20-21
• 2.3.3 求解器集成21-22
• 2.3.4 后處理分析22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 并行計算技術(shù)分析23-36
• 3.1 并行程序設(shè)計基礎(chǔ)23-26
• 3.1.1 消息傳遞接口23-24
• 3.1.2 用C+MPI并行實現(xiàn)24-26
• 3.2 數(shù)據(jù)存儲方法26-28
• 3.3 并行分解算法28-33
• 3.3.1 有限元網(wǎng)格的區(qū)域分解并行法28-29
• 3.3.2 基于區(qū)域分解有限元并行算法29-33
• 3.4 通信方式優(yōu)化33-34
• 3.5 任務(wù)調(diào)度算法設(shè)計34-35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 第四章 基于Calculix的并行分析系統(tǒng)36-47
• 4.1 Calculix軟件結(jié)構(gòu)36-38
• 4.1.1 前后處理模塊Calculix Grapix37
• 4.1.2 計算分析模塊Calculix Crunchix37-38
• 4.2 系統(tǒng)架構(gòu)與實現(xiàn)38-41
• 4.2.1 并行求解庫39
• 4.2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)方法39-41
• 4.3 負載均衡41
• 4.4 系統(tǒng)工作流程41-42
• 4.5 平臺實現(xiàn)42-43
• 4.6 實驗分析43-46
• 4.7 本章小結(jié)46-47
• 總結(jié)與展望47-49
• 參考文獻49-52
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文52-54
• 致謝54

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本文編號：1098930