【摘要】：隨著科學(xué)和工程技術(shù)的進(jìn)步,出現(xiàn)了各種各樣的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu),對(duì)這些結(jié)構(gòu)的精確數(shù)值模擬一般需要借助于大規(guī)模數(shù)值計(jì)算,而傳統(tǒng)的串行結(jié)構(gòu)有限元分析程序計(jì)算時(shí)間長(zhǎng),需要的連續(xù)內(nèi)存大,難以滿足計(jì)算需求。另一方面國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算平臺(tái)建設(shè)正處于高速發(fā)展時(shí)期,但缺乏與其相配套的應(yīng)用軟件,導(dǎo)致超算應(yīng)用率不高。發(fā)展大規(guī)模并行結(jié)構(gòu)有限元軟件一方面有助于國(guó)內(nèi)復(fù)雜結(jié)構(gòu)裝備的研發(fā)制造,另一方面也可以促進(jìn)國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算行業(yè)的發(fā)展。本文基于工程和科學(xué)計(jì)算集成軟件平臺(tái)SiPESC,以多重多級(jí)子結(jié)構(gòu)算法為核心,開展大規(guī)模并行結(jié)構(gòu)有限元軟件的研發(fā)工作。多重多級(jí)子結(jié)構(gòu)算法是結(jié)合子結(jié)構(gòu)周游技術(shù)發(fā)展出來(lái)的高精度一體化子結(jié)構(gòu)方法,該方法具有計(jì)算精度高、數(shù)值穩(wěn)定性好等特點(diǎn),還可以利用結(jié)構(gòu)內(nèi)部的重復(fù)性縮減計(jì)算量。并行多重多級(jí)子結(jié)構(gòu)算法利用子結(jié)構(gòu)間獨(dú)立計(jì)算的特點(diǎn),通過將子結(jié)構(gòu)分配到并行環(huán)境的不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)或內(nèi)核同時(shí)計(jì)算,達(dá)到求解大規(guī)模問題,縮減計(jì)算時(shí)間的目的。首先,本文針對(duì)整體結(jié)構(gòu)自動(dòng)劃分子結(jié)構(gòu)問題,利用開源庫(kù)ParMETIS,并基于SiPESC進(jìn)行相關(guān)程序研發(fā)和封裝,實(shí)現(xiàn)了并行多重多級(jí)子結(jié)構(gòu)劃分程序用以解決不同子結(jié)構(gòu)計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)載平衡。通過將結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為圖,采用多水平剖分算法對(duì)網(wǎng)格圖進(jìn)行剖分來(lái)生成子結(jié)構(gòu),最后通過大規(guī)模復(fù)雜算例測(cè)試,表明了該子結(jié)構(gòu)自動(dòng)剖分程序的通用性和高效性。利用子結(jié)構(gòu)周游技術(shù)構(gòu)建了多重多級(jí)子結(jié)構(gòu)并行任務(wù)調(diào)度框架。該框架采用分層并行的策略,結(jié)合子結(jié)構(gòu)劃分程序使得子結(jié)構(gòu)調(diào)用樹和超算硬件拓?fù)潴w系相適應(yīng),同時(shí)基于SiPESC使用并行編程模型MPI進(jìn)行子結(jié)構(gòu)并行任務(wù)調(diào)度類的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。該框架能夠適用于不同分析類型、不同層次子結(jié)構(gòu)的計(jì)算需求,并且有效實(shí)現(xiàn)了計(jì)算過程中的負(fù)載平衡。在多重多級(jí)子結(jié)構(gòu)并行任務(wù)調(diào)度框架基礎(chǔ)上,研發(fā)了大規(guī)模并行靜力子結(jié)構(gòu)程序。將整個(gè)子結(jié)構(gòu)計(jì)算過程分為前處理、凝聚、回代三個(gè)階段,結(jié)合并行任務(wù)調(diào)度框架,把每個(gè)計(jì)算階段分為基本子結(jié)構(gòu)、調(diào)用子結(jié)構(gòu)、頂層子結(jié)構(gòu)三個(gè)層次并行,從而實(shí)現(xiàn)了多重多級(jí)子結(jié)構(gòu)整體并行計(jì)算求解。最后通過大規(guī)模復(fù)雜實(shí)際工程結(jié)構(gòu)算例測(cè)試,驗(yàn)證了該并行程序計(jì)算的正確性、通用性、高效性,為進(jìn)一步不同分析問題的多重多級(jí)子結(jié)構(gòu)并行一體化構(gòu)建提供解決方案。最后,本文進(jìn)行了大規(guī)模靜力拓?fù)鋬?yōu)化程序的研發(fā),將大規(guī)模規(guī)則有限元模型進(jìn)行分塊,分配到各個(gè)進(jìn)程并行計(jì)算求解,調(diào)用千核實(shí)現(xiàn)了上億自由度的大規(guī)模拓?fù)鋬?yōu)化。
【圖文】：

圖１．１復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)實(shí)例逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｅｘａｍｐｌｅｓ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｌｅｘ邋ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ逡逑國(guó)內(nèi)高性能計(jì)算平臺(tái)建設(shè)正處于一個(gè)快速發(fā)展的階段，，國(guó)家心、天津中心等單位計(jì)算能力己經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，其中申威２６０１０”的無(wú)錫超算“神威？太湖之光”以每秒１２．５億

邐｜邋ＣＰＵ邋Ｃ0＾Ｕｎｉｃａｔｉ0ａ逡逑Ｄｉｓｋ逡逑圖１．邋３集群硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ邋１．３邋Ｃｌｕｓｔｅｒ邋ｈａｒｄｗａｒｅ邋ｔｏｐｏｌｏｇｙ邋ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP311.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2658974