構(gòu)建航天飛行器的結(jié)構(gòu)有限元模型是準(zhǔn)確模擬飛行仿真、完成飛行器在軌飛行階段結(jié)構(gòu)故障監(jiān)測(cè)和診斷的基礎(chǔ)。采用細(xì)長(zhǎng)體飛行器簡(jiǎn)化梁模型,提出新的基于CUDA（Compute Unified Device Architecture）的有限元單元?jiǎng)偠染仃嚿珊涂倓偠染仃嚱M裝算法。依據(jù)梁?jiǎn)卧仃嚨膶?duì)稱性,結(jié)合GPU硬件架構(gòu)提出并行生成算法并進(jìn)行改進(jìn)。為有效減少裝配時(shí)間,在裝配過程中采用著色算法,提出了基于GPU（Graphics Processing Unit）共享內(nèi)存的非零項(xiàng)組裝策略,通過在不同計(jì)算平臺(tái)下算例對(duì)比,驗(yàn)證了新算法的快速性。數(shù)值算例表明,本文算法的求解效率較高,針對(duì)一定計(jì)算規(guī)模內(nèi)的模型可滿足快速計(jì)算與診斷的實(shí)時(shí)性要求。 

【文章來源】：計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,37(03)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

2維單元著色

該策略采用一個(gè)線程(或線程塊)計(jì)算一個(gè)有限單元數(shù)據(jù),為避免競(jìng)態(tài)條件,先將單元數(shù)據(jù)寫入全局顯存以便稍后的系統(tǒng)方程構(gòu)建。受GPU硬件架構(gòu)的限制,全局顯存內(nèi)的單元數(shù)據(jù)在構(gòu)造系統(tǒng)方程時(shí)無法執(zhí)行全局的同步操作,故組裝系統(tǒng)方程和計(jì)算單元特征矩陣需執(zhí)行兩個(gè)不同的核函數(shù)。鑒于篇幅,針對(duì)全局顯存的非零項(xiàng)組裝策略僅介紹單元特征矩陣的核函數(shù)并行計(jì)算部分。在一般情況下,因單元內(nèi)節(jié)點(diǎn)編號(hào)并不連續(xù),而節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體數(shù)組通常是按編號(hào)排序的,故通常在讀取該部分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)無法實(shí)現(xiàn)合并訪問。在此不妨設(shè)置一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)矩陣Ce,其中,Ce(e,a)是單元e的本地節(jié)點(diǎn)a的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。如果節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)不發(fā)生變化,則可實(shí)現(xiàn)加速;若節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)生變化,則Ce需在每個(gè)時(shí)步進(jìn)行更新。與上述算法對(duì)比,本策略中Ce刷新需要額外的全局顯存帶寬,通常會(huì)導(dǎo)致計(jì)算速度更慢。故可將單元組織為若干個(gè)子集,其中子集內(nèi)的單元可以共享節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),使得經(jīng)由全局顯存的數(shù)據(jù)傳輸總量通過預(yù)取數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)線程塊內(nèi)的數(shù)據(jù)共享。在此,不妨假定εk是第k個(gè)線程塊的單元集合,計(jì)算節(jié)點(diǎn)集合Nk的公式為

en=3的列主元預(yù)處理塊單元矩陣EI

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3284901