本文關(guān)鍵詞：顯式有限元程序并行自動(dòng)全局接觸算法性能優(yōu)化及程序?qū)崿F(xiàn)

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【摘要】：武器裝備及工業(yè)產(chǎn)品的性能考核、安全性與可靠性評(píng)估工作,如彈體侵徹分析、飛鳥撞機(jī)實(shí)驗(yàn)、汽車碰撞測(cè)試等,從力學(xué)理論出發(fā)可以抽象為研究沖擊-碰撞問題。采用數(shù)值模擬手段進(jìn)行預(yù)測(cè)、評(píng)估和驗(yàn)證幾乎成為求解此類問題最普遍的方法,其中顯式有限元方法是最常用的手段之一。顯式有限元計(jì)算中普遍存在的問題是：接觸計(jì)算占比過大(常占到總計(jì)算時(shí)間的40%,甚至以上)且計(jì)算效率不高,因此有必要對(duì)接觸計(jì)算算法進(jìn)行優(yōu)化。本文首先介紹了顯式有限元方法,然后測(cè)試了并行顯式有限元程序從4進(jìn)程到64進(jìn)程并行計(jì)算時(shí)的性能,并分析其中單元內(nèi)力計(jì)算、通信、幾何剖分所占比例及變化情況,進(jìn)而找出影響程序計(jì)算效率瓶頸。通過對(duì)以上測(cè)試結(jié)果的分析,認(rèn)為并行自動(dòng)全局接觸算法尤其是其中的接觸搜索域剖分算法是影響程序計(jì)算效率的重要因素；隨著進(jìn)程數(shù)目增加,負(fù)載平衡與通信對(duì)程序計(jì)算效率有較大影響。針對(duì)并行自動(dòng)全局接觸算法中接觸搜索域剖分算法進(jìn)行優(yōu)化,使用基于接觸點(diǎn)越界檢測(cè)的接觸搜索域剖分算法替代固定間隔的接觸搜索域剖分算法,并引入密集剖分與非密集剖分策略,進(jìn)一步降低越界檢測(cè)次數(shù)以提高計(jì)算性能。測(cè)試結(jié)果顯示,優(yōu)化算法在不影響計(jì)算結(jié)果精度的前提下可以有效降低接觸搜索域剖分次數(shù),提高程序計(jì)算效率。然后針對(duì)接觸并行計(jì)算中雙重區(qū)域分解,導(dǎo)致的負(fù)載平衡與通信問題,通過數(shù)值計(jì)算實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了更加詳盡的測(cè)試與分析。結(jié)果表明,適當(dāng)增加接觸計(jì)算進(jìn)程數(shù)目可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡,提高計(jì)算效率；當(dāng)數(shù)量過多時(shí),反而導(dǎo)致計(jì)算效率降低。亦即,在計(jì)算過程中,須合理設(shè)置計(jì)算進(jìn)程數(shù)目,以取得與負(fù)載平衡與通信之間的平衡。本文通過對(duì)沖擊動(dòng)力學(xué)問題并行顯式有限元程序的性能測(cè)試與分析、算法改進(jìn)、試驗(yàn)驗(yàn)證等研究工作,不僅提高了程序中接觸計(jì)算的效率,還可用于指導(dǎo)計(jì)算進(jìn)程數(shù)目設(shè)置,對(duì)于沖擊-碰撞問題的數(shù)值計(jì)算具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：沖擊-碰撞 接觸算法 并行計(jì)算 負(fù)載平衡
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB115
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-13
• 1.1 沖擊碰撞問題的數(shù)值計(jì)算7-9
• 1.2 接觸算法9-10
• 1.3 并行編程模型10-12
• 1.4 本文研究內(nèi)容12-13
• 第二章 并行顯式有限元數(shù)值模擬程序13-26
• 2.1 顯式有限元方法13-18
• 2.1.1 有限元基本理論及控制方程13-14
• 2.1.2 單元方程14
• 2.1.3 基本邊界條件14-15
• 2.1.4 接觸邊界條件15-16
• 2.1.5 積分公式16-17
• 2.1.6 含接觸的顯式有限元計(jì)算流程圖17-18
• 2.2 顯式有限元程序并行化18-22
• 2.2.1 并行化需求18-19
• 2.2.2 MPI并行編程19-21
• 2.2.3 基于區(qū)域分解的并行顯式有限元程序21-22
• 2.3 程序性能測(cè)試與分析22-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 并行自動(dòng)全局接觸算法優(yōu)化26-44
• 3.1 接觸控制方程26-27
• 3.2 接觸算法27-29
• 3.3 基于雙重分區(qū)的并行自動(dòng)全局接觸算法29-38
• 3.3.1 自動(dòng)全局接觸算法30-33
• 3.3.2 基于雙重分區(qū)的并行自動(dòng)全局接觸算法33-38
• 3.4 接觸搜索域剖分優(yōu)化38-40
• 3.5 算法性能測(cè)試與分析40-43
• 3.5.1 正確性驗(yàn)證40-41
• 3.5.2 性能測(cè)試41-43
• 3.6 本章小節(jié)43-44
• 第四章 負(fù)載平衡與通信44-57
• 4.1 影響程序并行效率的因素44-47
• 4.2 通信47-49
• 4.2.1 MPI通信模式47-48
• 4.2.2 通信開銷48
• 4.2.3 接觸算法中的通信組成48-49
• 4.3 負(fù)載平衡49-51
• 4.3.1 靜態(tài)負(fù)載平衡49
• 4.3.2 動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡49-50
• 4.3.3 負(fù)載不平衡對(duì)計(jì)算效率的影響50-51
• 4.4 測(cè)試51-56
• 4.4.1 負(fù)載平衡與通信51-53
• 4.4.2 并行計(jì)算效率測(cè)試與分析53-56
• 4.5 總結(jié)56-57
• 第五章 總結(jié)與展望57-59
• 5.1 總結(jié)57-58
• 5.2 展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 附錄63

【相似文獻(xiàn)】

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