一、机群环境下的并行边界元法研究及其在水工结构分析中的应用(论文文献综述)
王雅娟[1](2014)在《腔内电阻抗成像正问题边界元法求解的并行计算研究》文中认为腔内电阻抗成像(EIE)技术是近些年来在电阻抗成像(EIT)技术基础上发展起来的一种功能成像技术。EIE是将电极放置在绝缘导管的探针上,然后把探针直接置于感兴趣的器官内部,通过电极注入激励电流,并测量相应的电压信号,从而重建组织内部的电阻抗分布情况。EIE重建实际上是一个逆问题,它是以EIE正问题的快速准确求解为基础的,所以研究对EIE正问题计算进行加速的并行算法具有重要的意义。本文采用边界元法求解EIE正问题,主要研究边界元并行算法在正问题计算中的应用。首先,推导了边界积分方程并研究了其数值求解方法,针对二维同心圆模型、三维同心圆柱模型进行了EIE正问题的计算,得到了电极上的电位分布。然后,研究了并行计算的基本理论,重点对OpenMP并行编程模型和ScaLAPACK线性代数计算软件包进行了研究,并根据EIE正问题的边界元求解算法,设计了边界元并行算法,并通过编程得到了实现。系统矩阵形成部分采用循环并行化的设计方法,系统方程组求解部分采用调用ScaLAPACK库函数的设计方法。最后,在二维、三维情况下做了并行实验,讨论了不同线程数下的并行计算性能,均得到了理想的并行加速比和并行效率。本文的结果表明,并行计算使得EIE正问题的计算速度得到了明显提升,为快速准确地求解逆问题打下了坚实的基础。
张钰[2](2013)在《大型结构系统地震反应分析平台研究》文中提出目前对结构地震反应的研究方法中,振动台试验受到振动台大小的限制,对大型复杂结构试验能力有限;混合试验方法,尤其是近些年通过子结构技术实现了分布式的试验平台,由于可以有效的利用位于不同地点的试验室设备资源,在国内外得到了较好的发展,但是由于这些方法通常采用了静力凝聚的方法并且子结构边界处自由度通常较少,难以有效的应用于大型复杂结构的数值模拟中。进行精确的地震反应仿真分析是研究工程抗震的重要手段。大型复杂结构的地震反应分析计算量巨大,使得在个人计算机有限的内存和计算能力下,利用常规的分析方法很难进行。并且复杂结构系统可能包括多个具备不同力学特征的子结构,对不同的子结构常常需要采用不同的有限元软件进行模拟。如果利用子结构技术将复杂结构系统划分为多个子结构,允许针对不同子结构使用不同的有限元软件进行分析计算将非常有吸引力。因此整合现有的有限元分析软件,利用各自的优势进行结构地震反应模拟是一种有效的解决问题的方法。本文提出的结构地震反应分析平台将整体结构划分为多个子结构进行计算,计算中考虑子结构间的相互作用。为了满足不同类型的子结构对不同分析软件的需求,在此系统中每个子结构都被视作高度独立的系统,并为每个结构分析软件提供标准化的接口,用来传输各子结构边界处的力和位移。各子结构边界处采用“协调器”满足力的平衡和位移协调,该方法的核心基于柯西-牛顿迭代过程,其实现参考了潘鹏等人针对分布式拟动力实验系统提出的“协调器”算法。研究中建立了应用于商业有限元软件ABAQUS和开源分析软件OpenSees的子结构系统,“协调器”与两个子结构计算系统构成本文中的分析平台。研究中建立了一个拥有四个塔楼的复杂结构模型对该平台做了相应的验证,通过整体模型数值试验与地震分析平台的计算结果的对比分别讨论了分析平台对于线性问题和非线性问题的有效性。最后利用该平台进行了土-结相互作用(SSI)分析,土壤使用OpenSees进行建模,上部结构使用Abaqus进行建模,并通过本文的结构分析平台考虑土壤与结构相互间的作用,结果表明该分析平台对于具有非线性特征的多个子结构系统的分析具有较强的能力。
张钰,潘鹏[3](2013)在《考虑子结构间相互作用的结构地震反应并行计算方法研究》文中指出提出一种用于结构地震反应分析的并行计算方法,此方法将被分析的整体结构划分为多个子结构进行并行计算,计算中考虑子结构间的相互作用。此系统中的核心是协调器,用于保证各子结构边界处的变形协调与力平衡。协调器基于柯西-牛顿迭代算法,通过修正边界处的不平衡力与刚度矩阵得到精确的位移数值解。此方法的特点是各子结构完全独立,相互之间只通过标准数据输入与输出接口传递力与位移。以一个包括四个塔楼的复杂结构为例验证了此方法的有效性。该复杂结构被划分为4个子结构进行并行计算,分析结果表明该并行计算方法对于动力弹性时程分析问题可以得到与整体分析一致的解,对于动力弹塑性时程分析问题,当步长足够小的时候,可得到具有足够精度的解。
李路涛[4](2012)在《GPU加速的大规模岩土工程有限元计算中的迭代求解》文中提出岩土工程有限元分析过程中,需要进行一系列线性方程组的求解。随着工程规模的扩大、复杂性的增加、计算精度的提高,以及计算参数的多样化,计算所需要的计算量、存储量和求解时间迅速地增加,已有的串行计算平台和计算方法已无法满足实际工程的需求。图形处理器GPU最初用于图形处理方面,由于其具有较高的浮点计算性能、较大的带宽和良好的并行性能和日趋完善的可编程性,GPU通用计算正在逐渐成为科学前沿和研究热点,已在多个学科得到广泛的应用和迅速的发展。本文的研究目的是采用CPU-GPU混合计算平台进行大规模岩土工程问题的有限元求解,并利用GPU计算卡进行加速,即将矩阵-矢量相乘这一计算量最大的部分交给GPU并行计算,以此来实现线性方程组求解的加速。采用Fortran语言在PGI Visual Fortran编译器上编写了三维有限元程序,通过与Abaqus计算结果对比,验证了程序的正确性,并对两类岩土工程问题进行了测试。(1)Biot固结问题是典型的岩土工程问题,三维Biot固结方程通过有限元方法离散可以得到一系列大型线性方程组,分别采用CPU和CPU-GPU计算平台,利用广义雅克比(GJ)预处理的SQMR迭代法对其进行求解。在求解规模方面,采用了稀疏矩阵存储法,使得在个人计算机上计算规模可以达到280万个自由度;在计算效率方面,通过GPU并行加速,在台式机电脑上得到了最高2.79倍的双精度计算加速比。(2)土和结构相互作用问题的典型特点是土工材料间的弹性模量差异显着。通过桩筏基础的固结和排水分析,对最近提出的适用于土和结构相互作用问题的预处理技术进行了对比,通过CPU和CPU-GPU两种计算模式,探讨了不同预处理的计算性能差异,评价了GPU对这些预处理迭代求解方法的加速效果。
王佩[5](2012)在《区域分解预处理器研究及其在地下水数值计算中的应用》文中进行了进一步梳理随着地下水数值模拟的深入研究,科研人员对于获取实时、精确、详细和可信任的地下水模拟信息的要求越来越高,对数值模拟软件能够针对具有精细网格剖分、长时间跨度特征问题进行模拟提出了迫切的需求。对研究区域的精细剖分往往导致数据占用内存多、求解效率低的问题。为了解决此类问题,一方面人们从数学模型出发,选择新的数值离散方法如(多尺度有限元、拉普拉斯变换有限层、FAC法等)通过减少剖分单元数来降低方程组维数进而降低内存的占用,在满足一定精度前提下提高求解效率;一方面针对数值离散后形成的大型、稀疏、病态的线性代数方程组,发展了多种高效的求解算法,其中预处理共轭梯度方法(PCG)已成为求解大型稀疏线性代数方程组极为有效的算法,而高效预处理器的构建是预处理共轭梯度方法的关键。近年来,区域分解方法因其独特的优势备受关注。论文首先利用区域分解方法构建预处理器,给出区域分解预处理器(DDP, Domain Decomposition Preconditioner)实现的详细步骤,并与预处理共轭梯度方法结合成为区域分解预处理共轭梯度法(DDP-PCG)。将区域分解预处理共轭梯度法应用于一具有解析解的承压水流问题,验证了方法的可信性。对研究区进行不同规模剖分,分别采用CG、Jacobi-PCG、SSOR-PCG、DDP-PCG方法求解上述均质承压水问题,计算结果表明:在各种网格规模下,DDP-PCG的迭代次数均明显低于其他方法,并且其迭代次数几乎不随网格规模发生变化,说明了DDP-PCG方法具有较强的鲁棒性;然而DDP-PCG方法的CPU耗时却不是最低的。经分析上述现象正是由于子区域问题求解效率低引起的。子区域上的快速算法是区域分解算法的基石。论文基于有限单元法,给出Dirichlet、Neumann边界11种组合模式下矩形区域均质承压水稳定流问题的傅里叶分析方法(FAM, Fourier Analysis method),对于傅里叶分析中的各种变换公式均采用快速傅里叶变换(FFT, Fast Fourier Transform)算法进行计算,并编制了相应的计算机程序,实现了均质承压水稳定流问题的快速求解。接着针对11种组合模式下的模型进行数值试验,将FAM方法的计算结果与解析解或者其他数值解对比,说明了FAM的可信性。采用存在解析解的单井定流量抽水承压水稳定流模型进行数值试验进一步验证了FAM的可信性,并且对该模型研究区进行多种不同模式剖分,分别采用FAM和迭代法(Jacobi、Gauss-Seidel、SOR、PCG)求解,计算结果表明:剖分精度越高,在求解精度相当的情况下FAM的求解效率越显着。此外针对均质承压水稳定流问题,采用FAM不需计算和存储原始系数矩阵,从而节省了大量内存空间。对于DDP-PCG方法,当子区域问题采用FAM求解时,得到基于傅里叶分析的区域分解预处理共轭梯度法(A-DDP-PCG, DDP-PCG based on Fourier Analysis)。文中针对水文地质问题给出子区域划分模式、相应子区域对应的傅里叶分析方法,以及FA-DDP-PCG的求解步骤,并编制了相应的计算机程序。采用具有解析解的均质承压水模型验证了FA-DDP-PCG的可靠性。接着对该模型研究区进行不同规模网格剖分,均采用CG, Jacobi-PCG, SSOR-PCG, FA-DDP-PCG求解,结果表明与CG, Jacobi-PCG, SSOR-PCG相比,在一定精度范围内,FA-DDP-PCG的求解效率更高;并且随着网格规模的增加,A-DDP-PCG的求解效率优势更加显着。对承压含水层介质参数连续变化和突变情况,进行大规模剖分,进一步证明FA-DDP-PCG的求解效率高于其它三种方法。对于介质参数连续变化的非均质模型,通过随机试验证明参数aijk(在水流模型中相当于介质的渗透系数或者导水系数)的取值对于算法求解效率影响并不明显,表明FA-DDP-PCG算法的健壮性。对于介质参数突变情形,研究了介质参数的差异性对算法求解效率的影响。结果表明,FA-DDP-PCG方法可以有效求解强突变介质地下水流问题。因此FA-DDP-PCG方法可以有效求解大规模地下水流问题。
苏丹阳[6](2012)在《基于物理概念的水文模型InHM机群并行计算研究》文中提出针对基于物理概念的水文模型及其并行计算系统相对缺乏的现状,研究并改进了基于物理概念的水文模型InHM,将其进行了并行算法移植,初步建立了InHM机群并行计算系统ParInHM,利用ParInHM对夏威夷Kaho’olawe岛100年水文响应和泥沙侵蚀进行了高精度的模拟,并对系统的有效性、效率等方面进行了测试。全文主要内容如下:(1)研究了基于物理概念的水文模型InHM。 InHM是第一个严格意义上基于物理概念的分布式水文数值模型,通过基于物理基础的流量一阶耦合关系来消除传统水文模型中地表模块和地下模块非耦合或序列耦合现象,建立地表/地下流体运动及溶质运移统一框架。(2)开发了ParInHM机群并行计算系统,采用基于流域特征的任务分解方式,将一个大的任务区域分解成若干个子任务区域,然后对其进行并行求解。各子任务对应于一个相对独立的小流域,减少相互之间的数据交互,降低通信开销,使系统更适合于普通PC机群环境。由于InHM本身的独特优势,所使用的网格是基于实际地形的,为适应系统网格保留原始地貌形态的需要,本论文的开发了一种独特的流域提取算法对流域进行划分,算法无需对洼平地进行预处理,保留了原始地貌特征以及统一的网格结构。(3)针对ParInHM机群并行计算环境,详细阐述了ParInHM流域并行系统模块开发,主要包括:基于消息传递的并行编程机制;任务划分与任务属性;并行调度方法,对比研究了并行调度中常用的LPT调度算法及有序算法,提出了静态调度与动态调度相结合的混合调度算法,并论证了该算法的优越性;ParInHM中流域数据同步机制,分布式数据存储,并行监控及异常处理等。(4)利用ParInHM对夏威夷Kaho’olawe岛1926年至2026年的地貌演变进行了模拟。土壤侵蚀及流域变化等模拟结果符合地貌演变,说明了ParInHM模型在克服分水岭固定假设上的独特优势。通过对比InHM全岛一次性模拟结果以及ParInHM动态划分流域并行计算的模拟结果,对ParInHM模型的有效性进行检验。
王钢[7](2012)在《边界元系统方程的GPU并行求解算法研究》文中指出边界元法是科学研究与工程应用领域中一种重要的数值方法。相比于有限元法,边界元法具有降低问题维度的特点,可以大幅缩减分析前处理的耗时,近年来在结构性能仿真中得到广泛应用与研究。但是边界元法的计算量较大,尤其是边界元系统方程具有非对称稠密性,求解过程消耗大量计算资源和时间。为此,本文对如何快速有效地求解边界元系统方程进行了系统地分析和研究。目前通常使用迭代法求解边界元系统方程,较为有效的是Krylov子空间法中的广义极小残值法(GMRES)。经典的GMRES算法基于全域Krylov子空间进行求解,在应用中一般采用重启技术。但是,重启技术的引入丢弃了重启前的Krylov子空间中包含的有效信息,破坏了全域GMRES算法的收敛性。针对此问题,通常采用的解决方法是信息补偿技术,本文通过基于特征向量和误差向量的双重信息补偿GMRES-DC算法,保留尽可能多的因迭代重启而损失的有效信息,以此改善重启GMRES算法的收敛性。并行技术是使得计算获得高性能的重要途径,CUDA的出现实现了CPU/GPU协同异构计算架构,为人们提供了一种经济高效的并行计算手段。为进一步加快系统方程求解速度,本文在对GMRES-DC算法并行性分析的基础上,借助于GPU的并行计算能力,完成了算法的CUDA并行实现。最后,结合边界元法分析三维弹性静力学问题所产生的系统方程,验证本文提出的GMRES-DC算法的求解效率,并与相关算法进行比较。对比结果表明,GMRES-DC算法能够更有效地对边界元系统方程进行求解,同时基于CUDA的求解算法能够获得令人满意的加速效果。
张惠军[8](2011)在《机群环境下面板堆石坝施工加载有限元并行计算方法研究》文中认为有限元计算方法的并行化是一大发展趋势,基于分布存储的各种并行算法研究日趋成熟。本文首先对并行计算机体系结构和有限元并行方法进行了介绍和总结,研究了波前法及多波前并行处理技术,针对面板堆石坝结构规则、断面连续的特点,将其应用在面板堆石坝施工加载三维有限元并行计算中。本文主要内容包括:1.构建了一个实用的局域网机群系统计算平台。针对当前大型并行计算机价格昂贵,不易推广的现状,利用教研室现成的资源搭建了机群系统,实现了基于Windows XP操作系统和MPI-2消息传递标准的并行编程环境。2.利用多波前并行处理技术实现了结构弹塑性有限元并行计算。按主从并行组织模式,所有进程对剖分的子结构独立对其波前静凝聚为局部界面方程,主进程组装总体界面方程并对其进行求解,所有进程根据界面节点位移增量解回代求出子结构节点位移、单元应变及应力。3.改进了面板堆石坝三维有限元并行计算,应用在水布垭面板堆石坝三维弹塑性有限元分析中,体现了面板堆石坝施工分期填筑和蓄水过程中荷载逐渐施加、材料刚度分阶段变化的特点,通过对计算结果分析和比较,表明该算法有效可行。
李明磊[9](2011)在《复杂目标电磁散射分析中的参数化建模及并行求解》文中进行了进一步梳理由于在目标识别、隐身技术、雷达探测等领域的广泛应用,对飞机、导弹等三维复杂目标的电磁散射特性进行研究分析变得越来越重要。本文从复杂目标的参数化建模、棱边编码优化以及并行求解分析研究了三维复杂目标的电磁散射特性。本文首先介绍了建立复杂目标几何模型的过程,应用ANSYS的参数化建模语言APDL实现了诸如导弹、突防弹头、飞机进气道等复杂目标的参数化建模。为了提高电磁计算的精度和计算规模,应用APDL对网格划分进行了参数化控制。应用APDL完成了针对电磁仿真所需离散数据的处理和导出。然后,本文介绍了目标区域的离散,讨论了三角形单元和四面体单元的插值基函数。给出了棱边编码的具体步骤,对于其中存在的带宽过大问题,采用RCM算法进行了优化。通过几个典型的算例分析了棱边编码的优化。最后,本文介绍了矩量法的基本原理,分析了电场积分方程、磁场积分方程和混合积分方程,从并行填充阻抗矩阵、并行共轭梯度法求解方程、并行计算远场RCS三个方面详细阐述了并行矩量法的实现过程,在基于MPI的PC机群上实现了并行矩量法。应用并行矩量法分析了如突防弹头、NASA杏仁核等复杂目标的电磁散射特性。通过对超过6万未知量的导体球和其它算例进行分析表明,该并行算法具有效率高、精确度好的特点,具有广泛的应用价值。
张志增[10](2010)在《横观各向同性岩体位移反分析的理论与应用研究》文中研究表明一方面,由于横观各向同性岩体在地表分布非常广泛,在工程建设中遇到大量的横观各向同性岩体稳定性问题。另一方面,岩体是在漫长的地质演化过程中形成的性质极其复杂的地质体,要想获得准确的岩体物理力学参数非常困难,“参数给不准”已成为岩石力学理论分析和数值模拟的“瓶颈”问题。因此,本文针对横观各向同性岩体位移反分析的理论与应用展开研究,为准确快速地确定横观各向同性岩体的参数提供新的研究思路和方法。研究内容主要包括位移解析解、反分析的唯一性、测点优化布置、剪切屈服准则和弹塑性本构关系、主从式并行遗传算法等。根据横观各向同性弹性力学的基本方程,推导了横观各向同性平面应变问题的相容方程;在此基础上,推导了横观各向同性岩体中圆形巷道的位移解析解。根据应力函数的复变函数表示,推导了横观各向同性平面应变问题中位移分量的复变函数表示;在此基础上,利用保角映射,推导了横观各向同性岩体中任意形状巷道的位移解析解。从参数可辨识条件出发,分析了横观各向同性岩体中圆形、椭圆形和复杂形状巷道位移反分析的唯一性,结果表明,必须至少已知3个参数时,才有可能唯一地反演其他参数。另外,以圆形巷道为例分析了测量点布置对位移反分析唯一性的影响。根据最大位移原则对横观各向同性岩体中位移反分析的测点优化布置进行了初步研究,研究结果表明,在较大主应力方向靠近洞壁的区域是最合适的测点布置区域。推导了横观各向同性岩体的剪切屈服准则和弹塑性本构模型的增量方程。在此基础上,采用C++语言,在Visual Studio 2005的环境中对FLAC3D进行二次开发,编制了横观各向同性弹塑性本构模型程序。考虑到遗传算法的天然并行性和集群计算的高速并行性,提出了基于主从式并行遗传算法的岩土力学参数反分析方法。采用实数编码方法和动态任务分配方案对算法性能改进;采取“松耦合”的方法将主从式并行遗传算法与FLAC3D程序进行耦合。基于C+MPI语言编写了反分析程序。
二、机群环境下的并行边界元法研究及其在水工结构分析中的应用(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、机群环境下的并行边界元法研究及其在水工结构分析中的应用(论文提纲范文)
(1)腔内电阻抗成像正问题边界元法求解的并行计算研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 本文的研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 腔内电阻抗成像的研究现状 |
1.2.2 边界元分析方法的研究现状 |
1.2.3 边界元并行计算的研究现状 |
1.3 本论文的主要工作 |
第二章 EIE 正问题的边界元法求解 |
2.1 EIE 场域的数学描述 |
2.2 边界积分方程的导出 |
2.3 边界积分的数值求解方法 |
2.4 线性方程组的求解方法 |
2.4.1 LU 分解法 |
2.4.2 QR 分解法 |
2.5 多层介质的边界元法 |
2.6 EIE 正问题仿真实验结果 |
2.6.1 二维仿真模型及仿真结果 |
2.6.2 三维仿真模型及仿真结果 |
2.7 本章小结 |
第三章 EIE 正问题并行计算的理论分析 |
3.1 并行计算概述 |
3.1.1 并行计算机体系结构 |
3.1.2 并行算法 |
3.1.3 并行计算的性能评价 |
3.1.4 并行程序设计 |
3.2 并行编程模型与语言 |
3.2.1 OpenMP 并行编程模型 |
3.2.2 MPI 并行编程模型 |
3.3 ScaLAPACK 线性代数计算软件包 |
3.4 并行计算平台的建立 |
3.5 本章小结 |
第四章 EIE 正问题边界元分析的并行计算 |
4.1 场域并行性分析 |
4.2 并行算法与程序设计 |
4.2.1 系统方程组的形成 |
4.2.2 系统方程组的求解 |
4.3 二维实验结果及分析 |
4.4 三维实验结果及分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 结论 |
参考文献 |
攻读学位期间所取得的相关科研成果 |
致谢 |
(2)大型结构系统地震反应分析平台研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 引言 |
1.1 课题研究的背景 |
1.2 文献综述 |
1.2.1 拟动力试验 |
1.2.2 OpenFresco |
1.2.3 UI-SIMCOR |
1.2.4 CSA系统 |
1.2.5 P2P系统 |
1.2.6 待解决的问题 |
1.3 本课题研究的目的和内容 |
1.4 论文结构安排 |
第2章 系统构成与原理 |
2.1 系统构成 |
2.1.1 子结构系统概念 |
2.1.2 地震分析平台类图 |
2.2 协调器 |
2.3 子结构计算系统 |
2.3.1 ABAQUS子结构系统 |
2.3.2 OpenSees子结构系统 |
2.4 本章小结 |
第3章 系统运行及验证算例 |
3.1 系统运行流程 |
3.2 前处理 |
3.3 通讯机制 |
3.3.1 协调器与子结构系统的通讯 |
3.3.2 子结构系统与FEM软件的通讯 |
3.4 验证算例 |
3.4.1 弹性时程分析 |
3.4.2 弹塑性时程分析 |
3.5 计算效率 |
3.6 本章小结 |
第4章 土-结相互作用的应用 |
4.1 计算模型 |
4.2 荷载输入 |
4.3 分析平台的应用 |
4.4 计算结果对比 |
第5章 结论与展望 |
参考文献 |
附录 |
附录A coordinator.xml示例 |
附录B partner.xml示例 |
附录C partner.txt示例 |
附录D read.cpp示例 |
附录E server.tcl示例 |
致谢 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
(3)考虑子结构间相互作用的结构地震反应并行计算方法研究(论文提纲范文)
1 系统构成与原理 |
2 并行计算分析实例 |
2.1 弹性时程分析 |
2.2 弹塑性时程分析 |
2.3 计算效率 |
3 结语与展望 |
(4)GPU加速的大规模岩土工程有限元计算中的迭代求解(论文提纲范文)
致谢 |
中文摘要 |
ABSTRACT |
目录 |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 并行计算现状 |
1.2.1 传统的有限元并行计算 |
1.2.2 GPU通用计算 |
1.3 有限元并行算法现状 |
1.3.1 局部并行求解法 |
1.3.2 区域分解法 |
1.3.3 EBE法 |
1.4 计算环境 |
1.4.1 软件环境 |
1.4.2 硬件环境 |
1.5 论文主要研究内容 |
2 基于GPU的并行计算 |
2.1 引言 |
2.2 GPU和GPU通用计算 |
2.3 CUDA编程模模式 |
2.3.1 CUDA概述 |
2.3.2 内核(kernel) |
2.3.3 线程层次 |
2.3.4 存储器层次结构和数据类型 |
2.4 CUDA Fortran并行程序设计 |
2.4.1 稠密矩阵乘积的设计 |
2.4.2 测试结果 |
2.5 本章小结 |
3 大型线性方程组的求解 |
3.1 引言 |
3.2 有限元方程离散的线性方程组 |
3.2.1 固结理论概述 |
3.2.2 Terzaghi一维固结理论 |
3.2.3 Terzaghi-Rendulic固结理论 |
3.2.4 Biot固结理论 |
3.3 线性方程组的求解 |
3.3.1 线性方程组的求解方法 |
3.3.2 迭代预处理技术 |
3.3.3 PSQMR及并行计算原理 |
3.4 刚度矩阵的存储方法 |
3.4.1 等带宽存储法 |
3.4.2 一维变带宽存 |
3.4.3 CSC存储法和相关的存储法 |
3.4.4 EBE存储法 |
3.4.5 其他存储 |
3.5 稀疏矩阵矢量乘积 |
3.5.1 稀疏矩阵-矢量乘的CPU实现(SpMV-CPU)) |
3.5.2 稀疏矩阵-矢量乘GPU并行算法(SpMV-GPU1) |
3.5.3 稀疏矩阵-矢量乘GPU并行算法的改进(SpMV-GPU2) |
3.6 本章小结 |
4 Biot固结问题求解性能的比较 |
4.1 引言 |
4.2 PGI Fortran与Intel Fortran编译器效率比较 |
4.3 求解效率对比 |
4.3.1 P3dBiot程序与Abaqus软件计算效率对比 |
4.3.2 稀疏存储法与EBE存储法比较 |
4.4 基于GPU的并行计算结果 |
4.5 本章小结 |
5 土-结构相互作用问题的预处理技术与GPU加速的迭代求解 |
5.1 引言 |
5.2 最新提出的预处理技术 |
5.2.1 非精确分块对角预处理 |
5.2.2 分区块SSOR预处理 |
5.3 桩筏基础算例分析 |
5.3.1 不同弹性模量对结果影响 |
5.3.2 不同有限元网格划分对结果影响 |
5.3.3 不同线程块划分对结果影响 |
5.4 本章小结 |
6 总结和未来工作 |
6.1 全文总结 |
6.2 未来工作 |
参考文献 |
附录A P3DBiot固结有限元程序 |
A.1 P3dBiot固结有限元程序简介 |
A.2 计算模型参数 |
A.3 主程序源代码 |
附录B 输入文件和输出文件 |
B.1 程序数据输入文件 |
B.2 程序数据输出文件 |
B.3 程序与Abaqus计算结果验证 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(5)区域分解预处理器研究及其在地下水数值计算中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 地下水数值模拟方法 |
1.2.2 地下水数值求解算法 |
1.2.3 区域分解算法及其在地下水模拟中的应用 |
1.3 研究思路 |
1.4 论文研究创新点 |
第二章 地下水流数值模型及有限元求解 |
2.1 引言 |
2.2 地下水流数学模型 |
2.2.1 稳定流模型 |
2.2.1.1 承压水稳定流模型 |
2.2.1.2 潜水稳定流模型 |
2.2.2 非稳定流模型 |
2.2.2.1 承压水非稳定流模型 |
2.2.2.2 潜水非稳定流模型 |
2.3 数值计算中潜水模型的处理 |
2.4 数值计算中非稳定流模型的处理 |
2.4.1 Laplace变换方法 |
2.5 有限单元法求解承压水稳定流模型 |
2.5.1 Galerkin方法 |
2.5.1.1 二阶椭圆型Dirchlet边值问题 |
2.5.1.2 非均质各向异性平面二维承压水稳定流问题 |
2.5.2 有限元剖分与基函数 |
2.5.3 有限元方程 |
2.6 小结 |
第三章 求解大规模线性代数方程组的方法 |
3.1 引言 |
3.2 直接法 |
3.2.1 平方根法 |
3.2.2 追赶法 |
3.3 迭代法 |
3.3.1 迭代法的一般过程 |
3.3.2 迭代求解终止判据 |
3.3.3 基本迭代法 |
3.3.3.1 Jacobi迭代法 |
3.3.3.2 Gauss-Seidel迭代法 |
3.3.3.3 SOR迭代法 |
3.3.3.4 对称逐步超松弛迭代法(SSOR) |
3.3.3.5 一般迭代方法的收敛性质 |
3.3.4 预处理器定义 |
3.3.4.1 定义1 |
3.3.4.2 定义2 |
3.3.4.3 两种定义之间的关系 |
3.3.4.4 基本迭代法中的预处理矩阵 |
3.3.5 共轭梯度法 |
3.3.6 预处理共轭梯度法 |
3.3.6.1 PCG方法的预处理器定义 |
3.3.6.2 PCG方法中预处理器的构造方法 |
3.3.6.3 地下水流计算中的PCG方法 |
3.4 小结 |
第四章 区域分解预处理共轭梯度方法 |
4.1 引言 |
4.2 区域分解预处理器 |
4.2.1 数学模型 |
4.2.2 有限元离散 |
4.2.3 区域分解预处理器的双线性形式 |
4.2.4 区域分解预处理器的构建 |
4.2.5 区域分解预处理器的实现 |
4.2.6 区域分解预处理器的矩阵表示 |
4.3 区域分解预处理共轭梯度法 |
4.3.1 区域分解预处理共轭梯度算法 |
4.3.2 区域分解预处理共轭梯度法的程序实现 |
4.3.2.1 稀疏矩阵存储与查询 |
4.3.2.2 预处理器作用的程序实现 |
4.4 数值算例 |
4.4.1 均质承压水模型 |
4.4.2 算法可靠度验证 |
4.4.3 算法高效性验证 |
4.5 小结 |
第五章 求解子区域问题的快速高效方法 |
5.1 引言 |
5.2 傅里叶分析方法 |
5.2.1 数学模型 |
5.2.2 有限单元剖分 |
5.2.3 傅里叶分析方法 |
5.2.3.1 Dirichlet-Dirichlet边界条件 |
5.2.3.2 Dirichlet-Neumann边界条件 |
5.2.3.3 Neumann-Neumann边界条件 |
5.2.3.4 傅里叶变换公式 |
5.3 数值算例 |
5.3.1 FAM可信性验证 |
5.3.1.1 Dirichlet-Dirichlet边界条件 |
5.3.1.2 Dirichlet-Neumann边界条件 |
5.3.1.3 Neumann-Neumann边界条件 |
5.3.2 FAM高效性验证 |
5.3.2.1 均质承压水稳定流模型 |
5.3.2.2 数值计算结果 |
5.4 小结 |
第六章 基于傅里叶分析的区域分解预处理共轭梯度法 |
6.1 引言 |
6.2 基于傅里叶分析的区域分解预处理共轭梯度法 |
6.2.1 子区域划分 |
6.2.2 FA-DDP-PCG方法 |
6.3 数值算例 |
6.3.1 均质承压水模型 |
6.3.1.1 算法可靠度验证 |
6.3.1.2 算法高效性验证 |
6.3.2 非均质承压水模型 |
6.3.2.1 介质参数连续变化 |
6.3.2.2 介质参数突变情形 |
6.4 小结 |
第七章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
科研及发表论文情况 |
一、参加科研情况 |
二、发表论文情况 |
致谢 |
(6)基于物理概念的水文模型InHM机群并行计算研究(论文提纲范文)
致谢 |
前言 |
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究的背景 |
1.2 研究现状 |
1.3 研究意义 |
1.4 本论文的主要工作 |
第2章 基于物理概念的水文模型InHM |
2.1 InHM水文模型概述 |
2.2 InHM模块及控制方程 |
2.3 本章小结 |
第3章 流域划分及流域提取 |
3.1 流域划分的必要性 |
3.2 流域提取概述 |
3.3 流域提取算法 |
3.4 实例分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 ParInHM并行系统开发 |
4.1 ParInHM并行系统概述 |
4.2 ParInHM流域并行系统模块 |
4.3 并行计算性能评价方法 |
4.4 ParInHM并行系统环境 |
4.5 本章小结 |
第5章 ParInHM在地貌演变模拟中的应用 |
5.1 地貌演变模拟研究 |
5.2 研究对象、内容与价值 |
5.3 研究区域信息 |
5.4 模拟工况 |
5.5 模拟结果 |
5.6 模拟尺度和计算效率分析 |
5.7 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 论文主要工作总结 |
6.2 论文主要创新点 |
6.3 进一步研究展望 |
参考文献 |
作者简历及科研成果 |
(7)边界元系统方程的GPU并行求解算法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
目录 |
1 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 本文的主要研究工作 |
1.4 全文结构安排及内容概要 |
2 边界元系统方程的求解算法 |
2.1 边界元法应用于三维弹性力学问题 |
2.2 Krylov 子空间法 |
2.3 广义极小残值法(GMRES) |
2.4 预条件技术 |
2.5 数值算例 |
2.6 本章小结 |
3 基于 CUDA 的并行 GMRES-DC 算法求解边界元系统方程 |
3.1 信息补偿技术 |
3.2 双重信息补偿的广义极小残值法(GMRES-DC) |
3.3 GMRES-DC 算法并行性分析 |
3.4 GMRES-DC 算法的 CUDA 并行实现 |
3.5 本章小结 |
4 数值实验验证及分析 |
4.1 并行迭代算法求解边界元方程组 |
4.2 并行边界元法应用于工程实例 |
4.3 本章小结 |
5 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 在校期间的发表论文情况及研究成果 |
(8)机群环境下面板堆石坝施工加载有限元并行计算方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 有限元并行计算 |
1.3 有限元并行在水利中的应用 |
1.4 本文主要工作内容 |
2 并行计算 |
2.1 并行计算机概述 |
2.1.1 并行计算机分类 |
2.1.2 网络计算体系结构 |
2.2 并行编程模型与并行语言 |
2.2.1 并行编程模型 |
2.2.2 并行编程语言 |
2.3 MPI基本调用和组通信 |
2.3.1 MPI基本调用 |
2.3.2 MPI组通信 |
2.4 本文计算环境的建立 |
2.4.1 局域网机群的构建 |
2.4.2 MPI并行编程环境 |
2.4.3 并行计算环境测试 |
2.5 并行计算度量指标 |
2.6 本章小结 |
3 多波前并行处理技术 |
3.1 波前法 |
3.1.1 波前法基本原理 |
3.1.2 波前法的优化 |
3.2 并行多波前方法 |
3.3 本章小结 |
4 面板堆石坝施工加载并行计算 |
4.1 面板堆石坝有限元数值分析 |
4.1.1 面板堆石坝有限元计算模型 |
4.1.2 逐级加载的中点增量法 |
4.2 面板堆石坝并行有限元计算 |
4.2.1 非线性有限元并行性分析 |
4.2.2 施工加载多波前并行算法 |
4.3 并行算法实现的若干问题 |
4.3.1 边界条件并行处理 |
4.3.2 荷载并行处理 |
4.3.3 工作负载平衡 |
4.3.4 数据存储方式 |
4.4 水布垭面板堆石坝施工加载并行数值分析 |
4.4.1 工程概况 |
4.4.2 有限元数值计算 |
4.4.3 计算任务划分 |
4.4.4 结果分析 |
4.4.5 并行效率分析 |
4.5 本章小结 |
5 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(9)复杂目标电磁散射分析中的参数化建模及并行求解(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 课题研究现状 |
1.3 并行计算机系统 |
1.3.1 共享存储器多处理机 |
1.3.2 消息传递多计算机 |
1.3.3 分布式共享存储系统 |
1.4 本文主要内容 |
第二章 并行计算 |
2.1 进程与线程 |
2.1.1 进程 |
2.1.2 线程 |
2.1.3 并行加速比 |
2.2 机群技术 |
2.3 消息传递接口MPI |
2.3.1 MPI 编程模式 |
2.3.2 MPI 通信 |
2.3.3 MPI 数据类型匹配及数据转换 |
2.3.4 MPI 并行I/O |
2.3.5 负载平衡及主要实现 |
2.4 MPICH 的配置方法 |
2.5 MPI 并行程序设计流程 |
2.6 本章小结 |
第三章 复杂目标的参数化建模 |
3.1 ANSYS 软件 |
3.1.1 实体建模 |
3.1.2 网格划分 |
3.2 APDL |
3.2.1 APDL 参数 |
3.2.2 文件的创建与读写 |
3.2.3 宏文件 |
3.3 基于APDL 的参数化建模 |
3.3.1 曲面的概念 |
3.3.2 导弹弹头雷达罩 |
3.3.3 突防弹头 |
3.3.4 飞机进气道 |
3.4 基于APDL 的参数化网格划分 |
3.5 APDL 实现模型数据导出 |
3.6 ANSYS 与其他建模软件接口 |
3.7 本章小结 |
第四章 复杂目标的棱边编码及优化 |
4.1 目标区域的离散 |
4.2 线性矢量插值基函数 |
4.2.1 三角形单元 |
4.2.2 四面体单元 |
4.3 复杂目标的棱边编码 |
4.4 矢量有限元棱边编号优化 |
4.4.1 图的基本概念 |
4.4.2 稀疏矩阵的存储 |
4.4.3 图与有限元网格的联系 |
4.4.4 RCM 算法 |
4.5 算例分析 |
4.6 本章小结 |
第五章 三维复杂目标求解的并行矩量法 |
5.1 矩量法 |
5.1.1 矩量法概述 |
5.1.2 基函数和检验函数的选取 |
5.1.3 电场积分方程、磁场积分方程和混合积分方程 |
5.2 并行矩量法 |
5.2.1 并行填充阻抗矩阵 |
5.2.2 并行共轭梯度法求解方程 |
5.2.3 并行计算远场RCS |
5.2.4 并行计算流程 |
5.3 数值结果 |
5.3.1 导体球 |
5.3.2 立方体 |
5.3.3 NASA 杏仁核 |
5.3.4 突防弹头 |
5.4 本章小结 |
结束语 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士期间参加科研项目与发表论文情况 |
(10)横观各向同性岩体位移反分析的理论与应用研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 横观各向同性岩体研究综述 |
1.2.1 横观各向同性弹性本构理论 |
1.2.2 横观各向同性弹塑性本构理论 |
1.3 岩土工程位移反分析研究综述 |
1.3.1 位移解析解 |
1.3.2 位移反分析的唯一性 |
1.3.3 位移测量点的优化布置 |
1.3.4 本构模型 |
1.3.5 数值计算方法 |
1.3.6 优化方法 |
1.4 横观各向同性岩体位移反分析研究中存在的问题 |
1.5 本文工作及创新点 |
第2章 横观各向同性岩体中巷道的位移解析解 |
2.1 本章引论 |
2.2 横观各向同性岩体中圆形巷道的位移解析解 |
2.2.1 问题描述 |
2.2.2 横观各向同性平面应变问题的基本方程 |
2.2.3 横观各向同性平面应变问题的相容方程 |
2.2.4 横观各向同性岩体中圆形巷道的位移解析解 |
2.2.5 验证 |
2.3 横观各向同性岩体中任意形状巷道的位移解析解 |
2.3.1 问题描述 |
2.3.2 平面弹性复变函数方法 |
2.3.3 横观各向同性岩体中任意形状巷道的位移解析解 |
2.3.4 验证 |
2.4 本章小结 |
第3章 横观各向同性岩体中位移反分析的唯一性 |
3.1 本章引论 |
3.2 参数可辨识性条件 |
3.3 横观各向同性岩体中圆形巷道位移反分析的唯一性 |
3.3.1 一般性探讨 |
3.3.2 已知3 个参数反演另外3 个参数 |
3.3.3 已知4 个参数反演另外2 个参数 |
3.3.4 已知5 个参数反演另外1 个参数 |
3.4 横观各向同性岩体中任意形状巷道位移反分析的唯一性 |
3.4.1 一般性探讨 |
3.4.2 91(?)~94(?)之间线性相关性的判断方法 |
3.4.3 横观各向同性岩体中椭圆形巷道位移反分析的唯一性 |
3.4.4 横观各向同性岩体中复杂形状巷道位移反分析的唯一性 |
3.4.5 不同形状巷道位移反分析唯一性的对比 |
3.5 测量点布置对位移反分析的唯一性的影响 |
3.6 本章小结 |
第4章 横观各向同性岩体中反分析的测点优化布置 |
4.1 本章引论 |
4.2 位移测点优化布置的判据 |
4.3 横观各向同性岩体中圆形巷道位移测点的优化布置 |
4.3.1 横观各向同性岩体中圆形巷道位移分布规律 |
4.3.2 横观各向同性岩体中圆形巷道测点布置原则 |
4.4 横观各向同性岩体中测点的优化布置实例 |
4.4.1 圆形巷道 |
4.4.2 直墙圆拱形巷道 |
4.5 本章小结 |
第5章 横观各向同性岩体屈服准则和本构关系的研究 |
5.1 本章引论 |
5.2 横观各向同性岩体的剪切屈服准则 |
5.2.1 横观各向同性岩体内c和φ 的表达式 |
5.2.2 寻求最危险平面 |
5.2.3 横观各向同性岩体剪切屈服准则算法的实现 |
5.3 横观各向同性岩体剪切屈服准则的验证 |
5.3.1 横观各向同性岩体三轴试验的数值模拟程序 |
5.3.2 试验设计 |
5.3.3 试验结果与分析 |
5.4 横观各向同性弹塑性本构模型增量方程 |
5.4.1 FLAC3D 中本构模型的增量公式 |
5.4.2 横观各向同性弹塑性本构模型增量方程 |
5.5 基于FLAC3D 的横观各向同性弹塑性本构模型的二次开发 |
5.5.1 FLAC3D 中本构模型的二次开发环境 |
5.5.2 横观各向同性弹塑性本构模型的开发流程 |
5.6 横观各向同性弹塑性本构模型的验证 |
5.6.1 退化为横观各向同性弹性模型 |
5.6.2 退化为各向同性弹塑性模型 |
5.7 本章小结 |
第6章 基于主从式并行遗传算法的岩体位移反分析方法 |
6.1 本章引论 |
6.2 并行遗传算法 |
6.2.1 集群计算和MPI |
6.2.2 并行遗传算法 |
6.3 主从式并行遗传算法的性能改进 |
6.3.1 编码方案 |
6.3.2 任务分配 |
6.4 基于主从式并行遗传算法的岩体位移反分析方法的实现 |
6.4.1 适应度函数 |
6.4.2 并行遗传算法与FLAC3D 程序耦合 |
6.5 性能测试 |
6.5.1 问题描述与性能评价指标 |
6.5.2 FLAC3D 数值模型 |
6.5.3 测试方法与环境 |
6.5.4 测试结果分析 |
6.6 本章小结 |
第7章 工程应用 |
7.1 本章引论 |
7.2 锦屏一级水电站地下厂房工程简介 |
7.2.1 工程枢纽总布置 |
7.2.2 地下厂房主要建筑物布置 |
7.2.3 工程地质 |
7.2.4 开挖方案 |
7.2.5 围岩变形监测设计 |
7.3 围岩稳定性分析数值模型及地应力回归 |
7.3.1 数值计算模型 |
7.3.2 支护模拟 |
7.3.3 地应力回归 |
7.4 位移反分析 |
7.4.1 位移反分析方案 |
7.4.2 位移反分析结果 |
7.5 本章小结 |
第8章 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
四、机群环境下的并行边界元法研究及其在水工结构分析中的应用(论文参考文献)
- [1]腔内电阻抗成像正问题边界元法求解的并行计算研究[D]. 王雅娟. 河北工业大学, 2014(03)
- [2]大型结构系统地震反应分析平台研究[D]. 张钰. 清华大学, 2013(07)
- [3]考虑子结构间相互作用的结构地震反应并行计算方法研究[J]. 张钰,潘鹏. 工程力学, 2013(05)
- [4]GPU加速的大规模岩土工程有限元计算中的迭代求解[D]. 李路涛. 北京交通大学, 2012(10)
- [5]区域分解预处理器研究及其在地下水数值计算中的应用[D]. 王佩. 南京大学, 2012(12)
- [6]基于物理概念的水文模型InHM机群并行计算研究[D]. 苏丹阳. 浙江大学, 2012(06)
- [7]边界元系统方程的GPU并行求解算法研究[D]. 王钢. 华中科技大学, 2012(07)
- [8]机群环境下面板堆石坝施工加载有限元并行计算方法研究[D]. 张惠军. 大连理工大学, 2011(09)
- [9]复杂目标电磁散射分析中的参数化建模及并行求解[D]. 李明磊. 西安电子科技大学, 2011(07)
- [10]横观各向同性岩体位移反分析的理论与应用研究[D]. 张志增. 清华大学, 2010(08)