高坝抗震高性能并行计算研究及其应用

摘要

高坝是复杂的空间结构,其地震响应分析需要同时计入坝体-地基-库水的动态相互作用、坝体伸缩横缝开合的边界非线性、远域坝基的振动能量逸散、近域地基的复杂地形和地质构造、坝体和地基岩体材料的非线性、沿坝基地震动的不均匀性,以及在拱座和地基动力耦合作用下,坝肩潜在滑动岩块的动态稳定性等复杂问题.整个体系的有限元数值计算需要求解几十万、甚至几百万个自由度的方程组.具有120万自由度的沙牌拱坝抗震分析应用单机串行程序计算,需要39d才能完成.在时域内求解如此大规模的非线性动力学问题,计算速度已成为高拱坝地震动分析和抗震安全评价的瓶颈.高性能并行计算已经成为解决大规模科学计算的主要手段.本文作者所在研究团队长期从事高坝地震动响应研究,本文将主要介绍研究团队多年来自主开发的高坝地震动响应并行计算软件(PSDAP)有关理论方法,及其在2010年排名世界上最快运行速度的超级计算机“天河一号”上运行的若干工程实践.