無論是在自然界還是在工農業(yè)生產中,都存在著大量的散粒物料,如土壤、沙石、農作物產品等。由于使用有限元法研究散粒物料動力學問題存在局限性,相較之下離散元法有著諸多優(yōu)勢,因此離散元法已廣泛應用于散粒物料的模擬仿真研究。雖然該方法為計算復雜散粒物料運動提供了更好的解決途徑,并盡可能地降低了計算所需的存儲空間,但是隨著模擬仿真實驗中材料規(guī)模和顆粒數(shù)量的不斷增加,計算量也將呈指數(shù)增長,因此對離散元法仿真軟件的計算效率提出了更高的要求。摩爾定律發(fā)展至今已經到達了一個瓶頸,提升計算機計算能力的主要途徑從追求CPU單核的高性能,轉為通過使用多個復雜度適當、相對低功耗的內核進行并行計算的方式。與CPU相比,GPU處理單元多,內存帶寬高,計算速度快,因此GPU并發(fā)運行多個內核時的計算性能比CPU強大很多。同時,NVIDIA公司為其生產的GPU增加了易用的編程接口,并提供了通用的并行計算平臺和編程模型CUDA,使得研究人員能夠更加高效地利用GPU強大的計算能力。隨著CUDA并行計算架構逐漸成熟,使用CUDA技術解決離散元法計算量較大的問題也成為了實現(xiàn)離散元法仿真軟件的新途徑。本文在課題組自主研發(fā)的三維離散元... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：77 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 GPU并行編程發(fā)展歷程
        1.2.2 CUDA編程模型簡介
    1.3 本文主要工作
第2章 基于CUDA的三維DEM軟件的設計與實現(xiàn)
    2.1 引言
    2.2 數(shù)據(jù)結構的設計
        2.2.1 顆粒的數(shù)據(jù)結構
        2.2.2 邊界的數(shù)據(jù)結構
        2.2.3 接觸信息的數(shù)據(jù)結構
        2.2.4 力學模型的數(shù)據(jù)結構
    2.3 計算流程的設計與實現(xiàn)
        2.3.1 計算流程的設計
        2.3.2 GPU數(shù)據(jù)初始化
        2.3.3 顆粒間接觸計算
        2.3.4 顆粒與邊界接觸計算
        2.3.5 刷新顆粒與邊界
        2.3.6 輸出結果到文件
    2.4 本章小結
第3章 算法改進
    3.1 引言
    3.2 三角形邊界除重算法的改進
        3.2.1 存在的問題
        3.2.2 接觸判斷算法
        3.2.3 除重流程算法的改進
    3.3 顆粒間接觸計算算法的改進
        3.3.1 存在的問題
        3.3.2 CUDA中的原子操作
        3.3.3 算法的改進
    3.4 雙重網(wǎng)格
        3.4.1 存在的問題
        3.4.2 算法的改進
    3.5 本章小結
第4章 基于CUDA技術的優(yōu)化
    4.1 引言
    4.2 Visual Profiler
    4.3 動態(tài)內存分配問題
    4.4 線程數(shù)的設置
        4.4.1 GPU利用率
        4.4.2 優(yōu)化線程數(shù)的設置
    4.5 CUDA流
    4.6 零拷貝
        4.6.1 頁鎖定內存
        4.6.2 應用零拷貝進行優(yōu)化
    4.7 CPU-GPU異步結構
    4.8 本章小結
第5章 軟件測試
    5.1 引言
    5.2 測試環(huán)境
    5.3 功能測試
        5.3.1 球顆粒測試
        5.3.2 非球顆粒測試
    5.4 性能測試
    5.5 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 工作展望
參考文獻
作者簡介及在學期間所取得的科研成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于CPU-GPU的多尺度視網(wǎng)膜增強算法[J]. 張衛(wèi)東,杜師帥,路皓翔,卓永,楊輝華.  計算機工程與設計. 2018(12)
[2]AMD和NVIDIA兩家公司GPU架構由分到合發(fā)展綜述[J]. 曹璐云.  信息與電腦(理論版). 2016(11)
[3]機械產品設計中的顆粒離散元仿真技術及實現(xiàn)[J]. 胡勵,胡國明.  機械工程學報. 2015(14)
[4]基于DEM和MBK耦合的CAE軟件研制[J]. 付宏,管秋月,王揚,徐靜,于建群.  計算機工程與設計. 2015(03)
[5]基于OpenMP的二維有限元-離散元并行分析方法[J]. 嚴成增,鄭宏,孫冠華,葛修潤.  巖土力學. 2014(09)
[6]基于DEM-CFD耦合的新型CAE軟件系統(tǒng)設計[J]. 付宏,呂游,金鑫禹,孫迎春,何慶炎,金永哲,于建群.  吉林大學學報(理學版). 2014(02)
[7]船舶在碎冰區(qū)航行的離散元模型及冰載荷分析[J]. 李紫麟,劉煜,孫珊珊,盧云亮,季順迎.  力學學報. 2013(06)
[8]離散元素法在工業(yè)過程分析與產品設計中的應用初探[J]. 胡國明,郭勝,陳金鑫,胡勵,簡斌.  機電工程. 2010(08)
[9]基于圖元的三維離散元法邊界建模方法[J]. 付宏,烏蘭,黃萬風,于建群.  計算機集成制造系統(tǒng). 2008(12)
[10]基于邊界二維CAD模型的三維離散元法邊界建模方法[J]. 賈慧敏,王安強.  科學技術與工程. 2008(08)

博士論文
[1]基于GPU并行算法的海洋平臺及船舶結構冰荷載的離散元分析[D]. 狄少丞.大連理工大學 2015

碩士論文
[1]三維離散元法仿真軟件AgriDEM求解器的改進研究[D]. 王常瑞.吉林大學 2018
[2]基于GPU的可滿足性問題求解算法的實現(xiàn)[D]. 崔帥飛.大連理工大學 2018
[3]三維離散元法仿真軟件AgriDEM體系結構的研究及改進[D]. 靳聰.吉林大學 2017
[4]基于CUDA的離散元法DEM實現(xiàn)方法的改進[D]. 姜振平.吉林大學 2017
[5]基于區(qū)域分解法的CFD-DEM耦合軟件改進[D]. 金鑫禹.吉林大學 2015
[6]非球顆粒建模方法改進和輸送機工作過程分析軟件研制[D]. 王雪嬌.吉林大學 2015
[7]基于DEM與MBK耦合的CAE軟件改進研究[D]. 管秋月.吉林大學 2015
[8]基于矩量法的電磁散射GPU加速算法及三維可視化[D]. 楊友濤.南京理工大學 2015
[9]基于GPU的顆粒離散元計算時間評估及優(yōu)化[D]. 王明.大連理工大學 2014
[10]三維離散元法計算仿真軟件測試與改進[D]. 張蕾.吉林大學 2013



本文編號：3184234