本文關(guān)鍵詞：基于Calculix的多核并行分析機制研究及平臺設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著多核處理技術(shù)的發(fā)展,多核并行計算為復(fù)雜數(shù)值分析提供了強有力的支持,將并行計算技術(shù)引入結(jié)構(gòu)疲勞強度有限元分析,可以極大增加數(shù)值分析的規(guī)模,提高分析的速度,極大提高有限元分析的工作效率,進一步促進有限元在大型結(jié)構(gòu)工程中的運用。為了更進一步的發(fā)展并行有限元分析,更好的結(jié)合實際應(yīng)用以及為解決求解復(fù)雜有限元數(shù)值分析的效率和精確度等問題提供新的思路和解決辦法,本文探討了開源有限元求解器Calculix在廣州超級計算中心TH-1-GZ先導(dǎo)系統(tǒng)環(huán)境下的并行有限元分析實現(xiàn)原理,提出了適用于TH-1-GZ先導(dǎo)系統(tǒng)高性能計算環(huán)境的Calculix并行化分析解決方案,該方案充分利用了Calculix對多線程的支持,實現(xiàn)了Calculix結(jié)合TH-1-GZ高性能計算平臺的多核多線程并行計算改造,能夠?qū)崿F(xiàn)對船體實體疲勞強度原始數(shù)據(jù)模型的建模、分析以及計算,也可對船舶設(shè)計工程領(lǐng)域產(chǎn)生的已有模型數(shù)據(jù)進行分析。本文系統(tǒng)實現(xiàn)中充分考慮了多核間的負載均衡、任務(wù)調(diào)度及有限元稀疏矩陣存儲情況。為實現(xiàn)負載均衡,疲勞強度分析的網(wǎng)格劃分采用區(qū)域劃分法,實時對核間的狀態(tài)信息進行交互,對線性方程圖形分解中的矩陣排序算法--最小維度算法進行了優(yōu)化以提升多核并行效率和性能。對船體構(gòu)件疲勞強度的分析測試結(jié)果充分表明：Calculix并行化分析可極大提高計算速度,有效提升工作效率。平臺通過B/S方式對外提供服務(wù)、接口簡單、使用方便,實踐證明該平臺為船舶設(shè)計人員使用Calculix提供了一種新的有效方法。本課題結(jié)合Calculix及廣州超算中心超級計算機先導(dǎo)系統(tǒng)TH-1-GZ高性能計算平臺,建立一個支持大規(guī)模船體結(jié)構(gòu)疲勞強度并行計算的基礎(chǔ)平臺,推動了有限元并行計算的發(fā)展,擴展了超級計算機的應(yīng)用領(lǐng)域。該系統(tǒng)立足于船舶設(shè)計,服務(wù)于社會生產(chǎn)和國家建設(shè),對提高我國船舶設(shè)計的技術(shù)水平具有一定積極意義。對基于開源的有限元求解器建造功能可媲美昂貴的大型商用有限元系統(tǒng)(ANSYS等)進行方法和技術(shù)的探索,對其他領(lǐng)域推廣應(yīng)用超級計算機、打破國外高技術(shù)壟斷具有非常重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：有限元分析 多核多線程 并行計算 疲勞強度分析
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP338.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• Contents10-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 課題研究背景及意義13-15
• 1.2.1 有限元方法13-14
• 1.2.2 并行計算技術(shù)14
• 1.2.3 課題意義14-15
• 1.2.4 課題來源15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析15-17
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)17-19
• 第二章 多核多線程并行技術(shù)19-28
• 2.1 多核處理器19-21
• 2.1.1 多核技術(shù)發(fā)展20
• 2.1.2 多核并行技術(shù)優(yōu)勢20-21
• 2.2 多核處理技術(shù)關(guān)鍵21-26
• 2.2.1 并行算法22-23
• 2.2.2 并行算法的性能評價23-25
• 2.2.3 可擴放性度量方法25-26
• 2.3 多核處理機結(jié)合有限元26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第三章 有限元并行計算應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計28-37
• 3.1 平臺功能需求和可行性分析28-29
• 3.2 有限元求解器的選用29-30
• 3.3 先導(dǎo)系統(tǒng)TH-1-GZ高性能計算平臺30-33
• 3.3.1 系統(tǒng)概述31-32
• 3.3.2 硬件系統(tǒng)32
• 3.3.3 軟件系統(tǒng)32-33
• 3.4 系統(tǒng)設(shè)計機制研究33-36
• 3.4.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計34
• 3.4.2 系統(tǒng)實現(xiàn)34-35
• 3.4.3 系統(tǒng)工作流程35-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第四章 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)37-53
• 4.1 研究目標(biāo)與內(nèi)容37-38
• 4.2 結(jié)構(gòu)分析有限元法研究38-39
• 4.3 稀疏矩陣的存儲方式39-41
• 4.4 稀疏矩陣排序算法41-44
• 4.5 Calculix有限元并行化改造44-51
• 4.5.1 Calculix結(jié)合SPOOLES44-45
• 4.5.2 多核多線程并行化改造45-48
• 4.5.3 稀疏矩陣最小維度排序算法優(yōu)化48-49
• 4.5.4 有限元網(wǎng)格劃分49-50
• 4.5.5 多核并行任務(wù)調(diào)度50-51
• 4.6 本章小結(jié)51-53
• 第五章 系統(tǒng)實現(xiàn)與測試分析53-63
• 5.1 Calculix前端處理模塊CGX53-54
• 5.2 Calculix后端處理模塊CCX54-56
• 5.2.1 相關(guān)附屬包部署54-55
• 5.2.2 CCX在TH-1-GZ上的部署55-56
• 5.3 并行求解矩陣方程主要方法56-58
• 5.4 系統(tǒng)測試58-62
• 5.4.1 平臺使用界面58-59
• 5.4.2 功能測試分析59-61
• 5.4.3 性能測試分析61-62
• 5.4.4 參數(shù)優(yōu)化62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論與展望63-65
• 參考文獻65-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文68-70
• 致謝70-71

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