本文選題：鋁電解槽　切入點：電場　出處：《中南大學(xué)》2013年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鋁電解槽等三維大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物理場有限元分析對計算機的存儲容量和運算速度提出了更高的要求,傳統(tǒng)的串行計算方式已經(jīng)難以承受這樣的規(guī)模,并行計算方式的引入成為一種必然的趨勢。本文采用區(qū)域分解法作為基本的并行策略,以鋁電解槽電場為對象,研究了有限元分析的并行計算。 首先,本文以電磁場基本方程組為基礎(chǔ),根據(jù)有限元方法的基本原理,采用伽遼金加權(quán)余量法,推導(dǎo)了鋁電解電場的有限元離散格式,采用等參元變換法,將全局坐標(biāo)系下單元系數(shù)矩陣的計算公式變換到單元局部坐標(biāo)系,利用三維高斯積分法進行數(shù)值積分。 然后,基于區(qū)域分解法,研究了預(yù)處理共軛梯度(PCG)算法的并行化,導(dǎo)出了有限元SBS(Subdomain-by-Subdomain)-PCG算法和EBE(Element-by-Element)-PCG算法；借鑒EBE方法的基本思想,研究了系數(shù)矩陣的分布式壓縮存儲,并實現(xiàn)了電位固定約束和電流載荷兩類邊界條件的并行化處理。本文采用C語言和MPI標(biāo)準庫開發(fā)了有限元并行程序,搭建了分布式內(nèi)存并行計算的硬件平臺和軟件環(huán)境,設(shè)計并實現(xiàn)了有限元分析并行計算系統(tǒng)。 最后,利用開發(fā)的有限元并行系統(tǒng)進行了鋁電解槽電場分布的并行仿真,對仿真結(jié)果的計算精度和有限元并行程序的并行性能進行了分析,并比較了區(qū)域分解法和EBE方法的并行效果和計算效率。針對鋁電解槽的結(jié)構(gòu)特點,采用一種基于長軸坐標(biāo)的劃分策略對鋁電解槽有限元模型進行區(qū)域劃分。實驗結(jié)果表明：基于區(qū)域分解法的有限元分析并行計算方法具有很好的加速性能,可以有效地應(yīng)用于鋁電解槽等三維大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物理場并行仿真；區(qū)域分解法比EBE方法具有更好的并行效果和更高的計算效率。圖23幅,表8個,參考文獻71篇。
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本文編號：1569786