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。     

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。     

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.     

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∑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Ｉｎｍｏｓ Ｔ８００ Ｔｒａｎ     

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。     

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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.     

流场有限元分析的并行计算

在流场有限元分离式求解法的基础上 ,导出了并行计算的算法流程 ,可利用并行计算机同时求解的相互耦合的流场描述非线性方程组 ,并在曙光 2 0 0 0并行计算机系统上成功实施 ,比之串行计算 ,较大幅度地提高了计算效率     

并行冲击/侵彻有限元数值模拟技术

探讨了冲击/侵彻问题涉及到的非线性材料模型、接触搜索算法、接触力计算公式、破坏模式等理论和算法,介绍了基于集群并行计算机的有限元法并行化基本思路和方法。应用实例表明本文中提出的有限元计算格式和并行化方法能够有效求解冲击/侵彻问题。     

基于PVM的网络并行有限元面向对象的设计

子结构是有限元并行计算常用的一种方法,本文采用面向对象的方法,首先对子结构进行了面向对象的设计,得到了其类层次结构图;然后针对工作站网络有限元并行计算环境。提出了基于PVM消息传递平台上的Shadow—Mirror数据传输模型,该模型在有限元并行计算数据传输时,充分发挥数据面向对象的特性,采用设置数据缓冲区、短消息合并等方法以缩短数据通信时间,并据此编制了相应的程序。计算结果表明,使用文中提出的面向对象的Shadow—Mirror数据传输模型可以得到较为理想的并行加速比,而且随着问题规模增大,并行加速比增高。本文研究内容为进一步开展基于工作站网络的并行有限元研究提供了一个可参考的基础。     

有限元分析的并行计算方法

文章介绍有限元方法的并行化研究是今后计算力学发展的重要趋势之一，分析了国内外有限元并行计算方法的研究现状与发展，并对国内在这一新兴领域研究工作的开展从技术和管理两方面提出了一些有益的建议。     

A finite element parallel algorithm of the parametric variational principle for elastic contact problems

Basetl on the finite element solution of the parametric varialional principle of elastic con/del problem, a corresponding parallel algorithm has been created bv utilizing the specialities of parallel computer and the architecture of concurrent processing in this paper. In this algorithm. the parallelisms have heen realized in the processes of creation and assembly of stiffness matrix, of the static condensation, of the solution of stresses and in many other aspects. The programme of this algorithm has been realized on ELXSI-6400 parallel computer of Xi'an Jiaotong University. The results of computation show that the computational time can be saved efficiently and it is an effective parallel algorithm for the analyses of contact problems.     

结构有限元分析并行处理的研究进展

在过去20年, 由于并行计算机的出现, 对结构工程应用的有限元算法研究已取得很大的进展. 为了将串行机上运行的算法改成并行和研制适应于并行计算机的新方法, 一直在进行大量的研究. 本文论述了该领域一些已有的有限元并行算法, 对适应结构工程的一些有限元并行算法进行概括. 对该领域的未来发展趋势作了展望.      

An iterative parallel algorithm of finite element method

In this paper, a parallel algorithm with iterative form for solving finite element equation is presented. Based on the iterative solution of linear algebra equations, the parallel computational steps are introduced in this method. Also by using the weighted residual method and choosing the appropriate weighting functions, the finite element basic form of parallel algorithm is deduced. The program of this algorithm has been realized on the ELXSI-6400 parallel computer of Xi'an Jiaotong University. The computational results show the operational speed will be raised and the CPU time will be cut down effectively. So this method is one kind of effective parallel algorithm for solving the finite element equations of large-scale structures.     

PARALLEL ANALYSIS OF COMBINED FINITE／DISCRETE ELEMENT SYSTEMS ON PC CLUSTER

A computational strategy is presented for the nonlinear dynamic analysis of largescale combined finite/discrete element systems on a PC cluster. In this strategy, a dual-level domain decomposition scheme is adopted to implement the dynamic domain decomposition. The domain decomposition approach perfectly matches the requirement of reducing the memory size per processor of the calculation. To treat the contact between boundary elements in neighbouring subdomains, the elements in a subdomain are classified into internal, nterfacial and external elements. In this way, all the contact detect algorithms developed for a sequential computation could be adopted directly in the parallel computation. Numerical examples show that this implementation is suitable for simulating large-scale problems. Two typical numerical examples are given to demonstrate the parallel efficiency and scalability on a PC cluster. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10372114) and the Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) of UK (GR/R21219)     

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.     

有限元子结构并行算法的性能分析

 对有限元子结构并行算法的主要步骤进行了归纳，比较准确地 计算了算法的计算量和通信量. 并在此基础上分析了算法的性能和可 扩展性，最后指出了影响算法并行效率的关键因素，并给出了算法优 化方向和改进建议.     

有限元子结构并行算法的效能分析

引入了有限元子结构的并行算法,该方法通过划分子结构,由多个CPU并行进行静凝聚,然后求解界面位移,最后返回各小结构并行求解内点位移和应力.该方法在ELXSI 6 400并行机上程序实现,表明能大幅度节省机时.本文同时也对该方法的效能进行了分析.     

大规模并行结构动力分析分层计算方法

多核分布式存储超级计算机的兴起为大规模并行结构动力分析提供了强有力的计算工具。根据多核分布式计算环境的特点,提出了一种大规模并行结构动力分析分层计算方法。该方法在传统隐式动力分析的区域分解法的基础上,利用两级分区和两次缩聚策略进行求解。不但通过进一步缩减求解问题规模有效提高了界面方程的收敛速度,而且通过三层并行计算有效提高了通信效率。该方法并不对有限元模型引入近似,属于精确的动力子区域分层计算方法。典型数值算例表明,该方法计算精度与商业软件ANSYS完全法求解精度相当;同传统区域分解法相比,该方法能够获得较高的并行计算性能。