大型商业有限元软件在“神威1”超级计算机上的并行化开发和移植

摘要

超级计算已成为科学发展的主要手段和衡量国家综合实力的标准之一.作为数值计算方面的一个重要部分,各种有限元分析软件在航天、汽车、机械、建筑等各个领域获得广泛应用.但由于在政治上西方国家政府的严密控制、在技术上超级计算机一般是源代码兼容,国内超级计算机不能直接安装商业性有限元软件.从头开始为国产超级计算机开发并行有限元分析软件需要极大的工作量和各个方面技术人员的投入,因此需要较长的时间和资金.该文论述了立足国产超级计算机的软、硬件条件,对国际权威的串行有限元软件进行移植和开发,从而开发出一套具有自主知识产权的大型并行有限元分析系统.该项目有以下创新:1、提出并实现了基于系统集成思想的软件并行化开发新思路,从而为突破国外技术封锁,拓宽超级计算机的应用领域探索出一条新的途径,具有重要的理论意义和实用价值.2、实现了商业有限元软件和超级计算机并行计算软件的无缝集成的可视化集成.所开发出的并行有限元分析系统包括S101静力分析模块、S103模态分析模块、S105屈曲分析模块和S109瞬态响应分析模块模块.算例和实际应用表明:该集成系统计算精度高、并行加速性能好.3、根据

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 开发原理

1.3 开发要点

第二章系统集成

2.1 可视化编程

2.1.1用户界面(窗口、菜单等)的形成以及界面操作

2.1.2参数选择用户界面

2.1.3产生读入文件直接计算菜单和窗口

2.2 DMAP编程

2.2.1 DMAP的开发功能

2.2.2方程组的自由度

2.2.3建立新的求解序列

2.3 系统集成

第三章静力分析(101)模块

3.1 101模块概述

3.2 静力分析原理

3.3 稀疏矩阵的分裂(Partition)和置换(Permutation)

3.3.1稀疏矩阵的存储形式

3.3.2稀疏矩阵结构的图表示

3.3.3稀疏矩阵的分裂技术

3.3.4稀疏矩阵的置换

3.4 直接算法及其并行程序设计

3.4.1线性方程组(Ax=b)直接法求解的并行处理

3.4.2求解程序

3.5 迭代算法及其并行程序设计

3.5.1 Krylov子空间迭代法

3.5.2预处理技术

3.5.3迭代停止条件

3.5.4求解程序

3.6 计算实例

3.6.1直接法

3.6.2迭代法

第四章动态响应分析(109)模块

4.1 109模块概述

4.2 动态响应分析原理

4.2.1动力学分析的有限元法

4.2.2运动方程的求解

4.3 并行程序设计

4.4 计算实例

第五章模态分析(103)和屈曲分析(105)模块

5.1 103、105模块概述

5.2 模态分析和屈曲分析原理

5.2.1模态分析

5.2.2屈曲分析

5.3 并行程序设计

5.3.1 Lanczos算法

5.3.2隐式重启动Arnoldi(Lanczos)方法

5.3.3求解程序

5.4 计算实例

5.4.1模态分析

5.4.2屈曲分析

第六章 应用实例

6.1 有限元分析在汽车结构设计中的应用

6.2 有限元模型和计算载荷的确定

6.2.1客车车身结构几何模型概述

6.2.2车身顶盖的有限元模型

6.2.3车身底架的有限元模型

6.2.4车身前、后围和左、右侧围的有限元模型

6.2.5计算载荷的确定

6.3 基于三维模型的不同分析模块的计算结果

6.3.1 101模块的计算结果

6.3.2 103模块的计算结果

6.3.3 109模块的计算结果

第七章 总结

作者在博士后研究期间发表的论文

参考文献

附件：课题鉴定材料(部分)