实现有限元并行分布计算的一种新策略

在几种典型的计算网络上，给出了实现有限元并行分布计算的一种全新策略。它对子结构的划分方式没有任何限制，使结构划分方式对通讯不产生任何影响，并利用所谓的Σ通讯完成有关迭代计算。这种策略广泛适用于多项式加速法的并行分布迭代计算，使有限元并行分布计算的算法及程序与具体的计算网络有很好的分离性，同时也很大程度地保留了已有串行有限元算法及程序的优点。以预处理的共轭斜量法为例，在ＩｎｍｏｓＴ８００Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ系统上实现了有限元并行分布计算。通过数值算例，验证了本文方法的可行性与有效性。     

有限元并行分布计算研究

本文提出一种在多处理机系统上进行有限元并行分布计算的方式及称之为∑通讯的通讯方法，对实现有限元并行分布计算的若干重要问题进行了初步分析讨论。     

基于网络的结构协同弹塑性分析方法的研究

研究了基于网络的结构协同分析方法,包括总刚度矩阵形成、迭代计算方案、程序调控及通讯方案的研究。通过面向对象语言编制基于Internet的结构协同分析软件CSAS。该软件由主机结构计算程序、主机通讯程序、子机控制程序和子机通讯程序四个部分程序组成,通过联网通讯实现程序间实时信息传递。本文以4层框架剪力墙结构与60层框架剪力墙结构进行静力弹塑性分析为例,划分多个子结构,采用CSAS控制多部计算机联网协同计算,并与结构整体分析的结果进行对比,分析结果对比验证了基于网络的结构协同弹塑性分析方法的有效性。     

岩质圆形隧洞围岩应力场弹塑性新解

针对动态接触问题的有限元并行计算，提出了一种新的接触算法. 新算法引入局部拉氏 乘子技术来计算接触力. 由于同时考虑了无穿透的接触约束条件和相邻接触对的相互影响， 较之广泛使用的罚参数法，新算法使接触约束条件和系统平衡方程得到更充分的满足. 虽然 为提高接触计算精度而在局部采用了迭代技术，但算法仍然具有较高的效率，且与显式时间 积分方案完全相容. 此外，通过构造专门的区域分解方案，实现了将现有为串行程序开发的 搜索算法平滑移植到并行环境的目标. 数值算例表明，所提出的接触算法具有很好的并行性， 在保证了接触问题并行计算精度的同时，取得了满意的并行效率.     

有限元程序的一种并行化算法

传统的以串行计算机为物质基础的有限元算法分析未能满足科学研究和工程技术发展的需要．并行处理技术的发展为解决此类问题提供了新的契机．机群式并行计算机是当今较为流行的一种并行处理方式．根据有限元法的特点，提出了一种并行有限元算法，并在多处理机分布式内存并行计算机环境下完成了面向对象并行有限元程序的编制．算例表明该算法能大大提高其分析速度，而且算法简单，实现方便．     

基于CUDA的有限元矩阵并行装配算法研究

构建航天飞行器的结构有限元模型是准确模拟飞行仿真、完成飞行器在轨飞行阶段结构故障监测和诊断的基础。采用细长体飞行器简化梁模型，提出新的基于CUDA（Compute Unified Device Architecture）的有限元单元刚度矩阵生成和总刚度矩阵组装算法。依据梁单元矩阵的对称性，结合GPU硬件架构提出并行生成算法并进行改进。为有效减少装配时间，在装配过程中采用着色算法，提出了基于GPU（Graphics Processing Unit）共享内存的非零项组装策略，通过在不同计算平台下算例对比，验证了新算法的快速性。数值算例表明，本文算法的求解效率较高，针对一定计算规模内的模型可满足快速计算与诊断的实时性要求。     

基于集群的并行有限元分析研究

利用面向对象的方法实现了基于集群的并行有限元分析.首先介绍构建高性能计算集群的系统分析新方法,并针对建成集群系统的特点,对并行消息传递库MPI进行了并行语义分析,进而对其主要的实现函数进行面向对象的重构而建立起OO消息传递库,以此为基础分别利用两种不同的策略实现了面向对象的并行有限元分析(OOParaFEA: Object-Oriented Parallel FEA),一种是通过对传统的基于域分解方法的并行PCG算法进行改造而在集群平台实现,另一种是对已有的基于子结构方法的串行有限元分析程序加以扩展,加入系统方程组并行求解器而达到有限元分析并行化的目的.多个分析算例表明,基于集群进行面向对象的并行有限元分析可以有效提高计算效率,为进一步的网络化CAD/CAE研究奠定良好基础.     

随机有限元分析的二级区域分解并行求解算法

采用蒙特卡罗模拟(MCS)和加权积分法对二维问题进行随机有限元分析。尽管MCS方法对任何有确定解的问题都具有求解精度高的优点,但由于求解所需的计算量巨大使其应用受到限制。利用并行求解技术可有效地处理这种密集型计算问题。基于有限元分裂对接法(FETI)的并行特性并利用预处理共轭梯度法(PCG)的求解高效性,结合整体子区域实现(GSI-PCG)和FETI法,提出二级求解算法,并在工作站机群上实现了数值算例。算例计算结果表明本文GSI(PCG)-FETI算法具有较高的并行加速比和并行效率,具有良好的性能,可有效地进行二维问题的随机有限元分析。     

拉压不同弹性模量结构的动力特性分析

研究了拉压不同弹性模量结构动力问题的计算方法,建立了不同模量板壳结构动力特性的有限元算法,编制了相应的计算程序,并通过例题计算及分析得出了有价值的结论。     

一种大型结构特征值问题的并行解法

本文提出了一种求解大型结构固有频率与模态的并行解法。该方法在子空间迭代过程中,利用子结构刚度阵和质量阵并行进行凝聚,求得下一次的迭代基矢量,直到收敛。该算法在西安交通大学ELXS1-6400并行机上程序实现,计算结果表明能大幅度节省计算时间,同时也有效地节省了内存。     

大型边界元方程组的并行直接分块求解算法

针对大型边界元方程组和网络微机机群环境提出了一种并行直接分块求解算法，算法基于分块高斯-若当消去法的原理，采用内外存交互技术，并行分块消去方法，节点超行的卷帘存储方案和并行环状循环逐次修正策略，增大了解题规模，提高了计算速度。算例计算结果表明该算法具有较高的并行加速比和并行效率，适用于大型问题的边界元法求解。     

考虑施工进程的高层建筑结构计算程序

本文克服了以往在计算高层建筑结构内力怀变形时由于只考虑整体一次加载而造成的误差，今采用结构逐层形成、逐层加载的计算模式，较好地模拟耻实际施工的进程，使计算结果能更好地任命真实的内力分布情况，同时在编制程序中，对总刚的分解作了适当处理，以避免许多重复计算，使结构逐层形成和结构整体一次加载下的计算能有机结合起来，从而提高了程序的运行速度。同时又可大大提高程序的使用范围，使得程序能在ＩＢＭＰＣ２８６及以     

叠加型A-F类随动强化模型塑性应变的数值计算法

以Chaboche随动强化模型为例,在M isses屈服准则及正交流动准则的前提下,推导了叠加型A rm-strong-F rederick(A-F)类随动强化模型塑性应变的数值计算法,联合利用四阶龙格-库塔法与径向返回法实现数值计算中的内部平衡迭代。同时推导了统一切向矩阵以便确定每一平衡迭代后的试算应变。利用AN SY S提供的U PF s将算法嵌入到AN SY S有限元程序,实现了叠加型A-F类随动强化模型塑性应变的数值计算,并利用四边形单元模拟了单轴循环加载时的棘轮应变,计算结果能够很好地与实验值吻合。     

基于FTM算法的GPU加速

为了解决FTM(Front Tracking Method)算法在计算机中计算耗时长的问题,利用CUDA(Compute Unified Device Architecture)来实现FTM算法在GPU中的并行计算。结合GPU并行计算架构的特性以及FTM算法的特点,本文通过共享内存的引入、线程块划分和线程块共享内存边界元素的纳入、迭代方法的改进和迭代过程中存储结构的变换等方法,提出了将FTM算法中的网格计算以及界面标记点处理方法在GPU中的实现方式。最后,通过模拟单气泡在静止液体中的自由上升运动,验证了FTM在GPU中计算的可行性与计算效率的提升。     

空间刚架结构的广义逆力法

在结构计算中，根据算法中所采用的基本未知量的不同．结构分析方法可以分为力法、位移法和混合法。其中位移法由于适宜计算机处理而在结构计算领域得到了广泛的应用．经典力法相比之下应用就远不如位移法普遍，虽然力法本身在力学上有其独特的优势。广义逆矩阵做为一种较新的数学工具，自二十世纪五十年代诞生以来正日益表现出越来越旺盛的生命力。广义逆力法就是一种基于力法和广义逆矩阵理论的新的迭代算法。这种算法是一种完全适合计算机处理的力法方法。该算法的思路以及对于求解线弹性空间刚架结构问题的具体公式均在文中给出并给出了算例。从算例计算结果可以看到广义逆力法有着较好的计算效率和计算精度。该算法的提出为力法在计算机计算领域的应用开拓了新的发展空间。该算法在材料非线性问题和结构并行计算方面也有着较好的应用前景。     

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面板堆石坝的三维非线性有限元分析,对并行计算提出了较高的要求. 在建模阶段挖掘出模 型内在的并行性,由相邻坝段构成子结构,既方便灵活又能满足区域分解法的要求. 编制了 适用于机群的并行多波前法计算程序,并应用于西龙池下库沥青混凝土面板堆石坝的有限元 数值分析,其计算结果和串行完全相同,通过对加速比和并行效率进行分析,结果表明采用 并行多波前法求解面板堆石坝的三维非线性有限元问题有效且算法简单,易于实现,无需辅 助的任务分配程序.     

建筑风压数值模拟的几种并行化策略

针对四个处理机的Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ并行计算机系统，建立了建筑风压数值模拟问题基于ＳＩＭ－ＰＬＥＣ算法的几种并行化策略：分区并行策略、方程并行策略和双重并行策略。对各种策略的计算流程、数据通讯及并行效率等进行了分析和比较，并通过实例计算作了验证。     

基于同位网格下求解N-S方程的快速算法

在有限容积法基础上建立了基于同位网格的SIMPLEM算法。此算法使初始压力场与速度场耦合,让压力场和速度场同时更好地满足动量方程和连续性方程,且兼顾考虑扩散对流项对计算节点速度修正值的影响及源项与速度场之间的同步性,详细给出了算法的推导过程且对方腔顶盖驱动流进行了数值模拟。计算节点的布置采用同位网格技术,界面流速通过动量插值确定,在不同条件下讨论了迭代次数与残差的关系和不同算法的收敛性,同时验证了算法及程序是准确和可信的。     

精细辛算法的高效格式和简化计算

对精细辛几何算法设计了高效的迭代过程，减少了精细积分的计算量，同时提出了精细辛算法的简化形式，避免了复杂的矩阵求逆运算，并给出了相应的误差估计，最后编制了程序进行验证，证明了所采取的方法能够使计算快捷，精度高，稳定性好．     

基于压力迭代修正的大型冷却塔抗风性能分析

目前,大型冷却塔的抗风性能分析主要把得到的风压分布施加到结构上进行结构计算,没有考虑风载引起的结构变形对风压分布的影响,会产生较大的误差。本文结合计算流体力学与有限元分析的特点,建立了考虑结构变形影响的风压迭代修正模型,进行平均风压下大型冷却塔的抗风性能分析,并讨论了内部空气流动及淋水层的影响。计算结果与规范分析结果进...