任鹏[1]2001年在《PVM环境下的结构并行分解优化设计及ANSYS集成实现技术》文中认为ANSYS是一套着名的商用有限元软件，能够对大多数工程问题进行有限元分析和计算。PVM（Parallel Virtual Machine）是一套并行计算软件系统，它可以将多台联网微机构成一台虚拟并行计算机，实现网络并行计算。层次分解优化方法是将一个工程大系统优化问题按照一定学科或物理界限分成多个相互独立的子系统优化问题和一个协调系统优化问题，各个子系统之间的关系由协调系统进行协调。 在 PVM环境下，本文设计了一种子任务调度算法，有效地解决了并行计算中的负载平衡问题，实现了对二层分解优化的并行计算；通过对ANSYS的二次开发技术的研究，利用 VC++和 ANSYS所提供参数化设计语言（APDL）实现了对ANSYS的集成和并行分析。文中设计思路的可行性和有效性通过10杆和 52杆桁架优化实例得到了验证，并用不同数量和性能的计算机组网对该设计方法的并行加速比和计算效率进行了比较。层次分解优化方法的并行实现和 ANSYS在优化中的集成（并行）分析，缩短了单机优化计算时间，无需对问题进行有限元编程，降低了工程设计人员的工作强度，大大提高了优化设计效率。 本文详细介绍了我们的项目成果──“工程系统分解优化并行分布式计算平台”的软件组成和设计思路。文章最后还对带坐标变量的桁架结构问题提出了一个基于子结构的层次分解优化模型，并针对具体实例进行了子结构分解与建模。
赵仙勇[2]2013年在《基于区域分解法的铝电解槽电场有限元分析并行计算研究》文中研究说明铝电解槽等叁维大型复杂结构的物理场有限元分析对计算机的存储容量和运算速度提出了更高的要求,传统的串行计算方式已经难以承受这样的规模,并行计算方式的引入成为一种必然的趋势。本文采用区域分解法作为基本的并行策略,以铝电解槽电场为对象,研究了有限元分析的并行计算。首先,本文以电磁场基本方程组为基础,根据有限元方法的基本原理,采用伽辽金加权余量法,推导了铝电解电场的有限元离散格式,采用等参元变换法,将全局坐标系下单元系数矩阵的计算公式变换到单元局部坐标系,利用叁维高斯积分法进行数值积分。然后,基于区域分解法,研究了预处理共轭梯度(PCG)算法的并行化,导出了有限元SBS(Subdomain-by-Subdomain)-PCG算法和EBE(Element-by-Element)-PCG算法；借鉴EBE方法的基本思想,研究了系数矩阵的分布式压缩存储,并实现了电位固定约束和电流载荷两类边界条件的并行化处理。本文采用C语言和MPI标准库开发了有限元并行程序,搭建了分布式内存并行计算的硬件平台和软件环境,设计并实现了有限元分析并行计算系统。最后,利用开发的有限元并行系统进行了铝电解槽电场分布的并行仿真,对仿真结果的计算精度和有限元并行程序的并行性能进行了分析,并比较了区域分解法和EBE方法的并行效果和计算效率。针对铝电解槽的结构特点,采用一种基于长轴坐标的划分策略对铝电解槽有限元模型进行区域划分。实验结果表明：基于区域分解法的有限元分析并行计算方法具有很好的加速性能,可以有效地应用于铝电解槽等叁维大型复杂结构的物理场并行仿真；区域分解法比EBE方法具有更好的并行效果和更高的计算效率。图23幅,表8个,参考文献71篇。
聂旭涛[3]2008年在《导引头伺服机构若干强度与动力学问题研究》文中研究说明导引头系统具有实现对目标的捕获、跟踪、瞄准和稳定等功能,在精确制导武器中得到广泛应用。导引头伺服机构用于为光电探测器提供惯性稳定的物理平台,是导引头系统的核心部件之一,其结构性能的优劣直接影响着导引头系统的整体性能。随着超音速末制导导弹对飞行速度、制导精度等要求的提高,导引头伺服机构的工作环境越来越严酷,这就对伺服机构的强度设计和动力学特性设计提出了更新的要求。深入研究伺服机构,特别是轻量化高精度伺服机构的强度计算方法和动力学特性的影响机理显得十分迫切。正是在这种背景下,本文从结构强度和动力学特性两个方面展开研究工作,主要目的是研究复杂动力载荷下结构强度设计的一般准则和高效计算方法,以及研究结构参数对动力学特性的影响规律,以为新型导引头伺服机构的机械和控制的综合优化设计提供理论依据。围绕导引头结构强度计算和动力学特性分析两个方面,论文所开展的具体研究内容为：1.在结构强度计算方面,传统设计方法分析过程复杂、求解效率差、计算误差大。为了提高结构强度设计的性能,论文采用并行计算技术,研究了结构强度并行分析的计算方法、软件实现和具体应用问题。首先基于有限元EBE(Element-By-Element)并行策略提出并实现了确定性载荷下结构响应分析的有限元N-EBE-PCG并行算法,同时结合虚拟激励法,进一步实现了随机载荷下结构响应分析的并行虚拟激励法PPEM(Parallel Pseudo Excitation Method)。结构响应并行算法的研究与实现,有利于提高复杂动力载荷下伺服机构的结构强度分析效率。采用结构强度并行算法,在网络集群并行环境下,基于MPI(Message Passing Interface)消息传递编程模式自主开发了强度并行分析程序,然后利用参数化设计语言APDL(ANSYS Parameter Design Language)将自主并行分析程序无缝集成到有限元分析软件ANSYS中,从而实现了结构强度的并行计算。详细分析了导引头伺服机构在服役期间所处的动力载荷环境,利用结构强度并行计算方法,分别分析了冲击、随机振动载荷作用下伺服机构内外框架的结构强度,以及结构设计参数对强度的灵敏度,为框架结构的轻量化设计提供了理论分析和计算依据。研究结果表明,文中实现的结构强度并行分析程序计算精度和效率较高,能够满足复杂工况环境下导引头结构强度计算与优化设计的需要。2.在动力学特性分析方面,传统的伺服机构动力学研究主要采用理想模型,较少考虑设计公差、制造误差、摩擦磨损等随机因素对系统动力学特性的影响,难以准确描述实际的动力学特性。为此,论文建立了伺服机构的动力学模型,分析了随机因素的影响,并运用基于概率统计的分析方法进行了随机动力学仿真。首先基于Hamilton力学原理建立了导引头伺服机构的动力学仿真模型,分析了摩擦非线性、框架间的非线性耦合以及能量耗散对动力学特性的影响。在该模型的基础上,结合相关试验结果,较全面地分析了伺服机构中存在的随机因素并且提出了相应的研究方法。为了准确分析评价随机激励下伺服机构的随机响应特性,研究了拟Hamilton系统的随机平均法,实现了求解随机动力学FPK (Fokker-Planck-Kolmogorov)方程的点插值无网格法。综合运用随机平均法和无网格法,计算得到了随机激励下伺服机构的随机响应并且研究了结构参数对随机响应统计特征的影响,为评价机构的动力学特性提供了理论依据。针对内部摩擦随机性的问题,基于滚动轴承的基本分析方法,研究了摩擦力矩的产生机理和计算方法。在伺服机构动力学模型的基础上,运用蒙特卡罗方法进行随机模拟试验,分析了结构参数的随机性对动力学特性的影响,为进一步研究伺服机构的动力行为演变规律打下了基础。论文所研究的结构强度并行分析方法和非线性随机动力学仿真技术,为开展伺服机构的结构与控制的综合优化设计提供理论分析和计算依据。
张永彬[4]2007年在《岩石破裂过程分析并行计算方法研究》文中研究表明随着我国大型、超大型岩土工程的建设,岩石材料脆性破坏与工程结构灾害的研究面临着严重的挑战。岩石工程结构尺度巨大,涉及大量多相细观结构、宏观结构和界面,岩石工程中岩体结构失稳和破裂过程数值分析必须采用巨大的单元数目,需要巨大的计算容量和计算速度,而且岩石工程中的破裂问题数值模拟是一个从变形起始到最终破坏的漫长过程,这个过程对数值模拟而言周期非常长,需要极高的计算速度,对计算能力提出了较高的要求,而传统的单机串行分析方法无法满足工程需要,因而需要发展基于并行计算技术的大规模岩石结构破坏过程数值分析软件系统,以满足岩石力学和工程发展的需求,深入分析岩石材料细观破坏本质、进行工程稳定性评价。本论文在课题组原有工作基础之上,围绕岩石破裂过程并行分析这一主题,开展了以下几个方面的工作：1.完成了基于Jacobi预处理稳定双共轭梯度法的分布式集群环境下的并行求解器。并行求解器能够充分利用计算和通信的重迭以达到降低通信延迟的目的,其对存储要求较低,计算速度较快,能够完成大规模线性方程组的求解。2.讨论了有限元区域分解实施过程中有限元的网格无重迭划分、数据分割以及信息管理实现细节,构建了有限元计算子区域的有限元信息以及数据的局部化存储,并同时构建了并行计算的通信环境。3.基于有限元区域分解方法和并行Jacobi预处理稳定双共轭梯度法,采用MPICH和Fortran编制了叁维弹性有限元并行计算程序。算例表明并行计算程序具有较高的性能和良好的可扩展性。4.设计了基于客户机-服务器模型的分布式岩石破裂过程分析并行分析系统(RFPA3D-Parallel),采用WindowsXP PC机作为客户机,并行计算机作为服务器提供计算资源。通过面向连接协议的socket服务实现了客户机-服务器模型,完成了跨平台系统的信息通讯和数据传递功能,使得WindowsXP和Linux能够协调处理,从而实现了面向网络的岩石破裂过程并行分析系统。目前在所使用的32计算结点集群环境下,并行计算程序使用12个计算结点24个CPU就可以完成300万六面体单元近千万自由度的岩石破裂过程分析。5.通过应用RFPA3D-Parallel数值分析系统实现了不同主应力水平下叁层层状岩石结构模型中等间距裂纹数值模拟。一共进行了直接拉伸、双向不等应力拉伸和双向等应力拉伸叁种不同类型9种不同主应力比条件下的裂纹等间距数值模拟。数值模拟再现了裂纹的萌生、扩展以及贯通,最终形成不同模式的裂纹的整个形成过程。9种不同主应力比条件下的裂纹等间距数值模拟结果表明随主应力水平不同,裂纹模式由平行裂纹模式转变为多边形裂纹模式。从而表明RFPA3D-Parallel数值分析系统在岩石工程结构破坏分析领域具有广泛潜在的应用前景,它为岩石工程结构破裂过程分析提供了一个强有力的数值分析工具。
李海江[5]2003年在《基于网络的工程设计与有限元分析系统的面向对象构建》文中认为本文利用面向对象的方法(面向对象分析与面向对象程序设计)，结合相关的网络应用技术(局域网／广域网／互联网等)，将集群并行计算、Web计算以及网络工程设计等概念引入土木工程分析设计以及有限元数值分析领域，最终初步形成一个集成的基于网络的工程设计与有限元分析系统框架NetFEAF(Network based Finite Element Analysis Framework)。计算集群的建立、串并行有限元分析(OOParaFEA：Object Oriented Parallel Finite Element Analysis)、Web有限元计算(WebFEA：Web based Finite Element Analysis)、基于网络的重力式码头CAD系统(NetGraWCAD：Network based Gravity Wharf CAD integrated system)、用户接口以及通信模块等的实现都充分利用了面向对象的思想，模块化的实现策略使系统具有了很好的稳定性及可扩展性。通过构建NetFEAF系统，对计算机新技术在相关领域内的应用做了有益的尝试，同时也为基于网络的土木工程CAD／CAE以及网络协同设计的深入应用奠定了一定的基础，系统部分研究成果投入实际应用后，大大提高了设计效率，也进一步证明了系统开发的实用性。 NetFEAF系统依据自顶向下、分而治之以及层层推进的实现原则，采用了全新的系统构造思路，对系统的集成用整体类库组成图进行表述，对各组成部分通过子类库再进一步详细介绍，系统的整体实现被一层一层分解、细化，各组成部分基于统一的计算核心集成在同一个系统框架内，同时相互之间还保持一定的独立性，独成一体，正是因为深入利用了面向对象的分析与实现手段，整个复杂系统构成从概念上更有利于理解，集成更加紧凑，具体模块的实现也更加迅速高效，面向对象方法的变复杂为简单的策略艺术在系统的具体实现过程中得到了充分展示。 面向对象分析方法又被全新的应用于特定并行有限元计算集群的构建过程中，论文将集群系统的各种软硬件组件，映射成一系列相关联的类对象，形成一个完整的集群系统类库，通过对组成类特性的研究而实现对集群系统各组成部分的关联分析。论文通过系统化的方法详细介绍了集群系统的构建过程，并根据并行有限元分析模型，通过Socket网络通信实时构造集群运行状态表，进而以此实现集群计算任务的动态管理、同构／异构平台下的并行有限元分析以及网络工程分析设计等。 在深入分析已有研究成果的基础上，论文提出了一个独特而又不失一般性的、较为全面的、面向对象的、基于网络的集成限元分析类库并完成全部的程序实现，可利用子结构法，交互式的进行线性、非线性分析，还可通过网络进行远程同构／异构系统平台下的串、并行分布式有限元分析。具体实现过程中，充分发掘面向对象技术的优势，采用了多种全新的设计技巧，以降低各模块之间的耦合性，提高数据传输以及程序运行速度，同时又可以方便的集成前、后处理功能，论文还基于TCP／IP网络协议，依托实现的特定集群数据传输模型，分别利用两种不同的策略实现了并行有限元分析，与已有成果相比，面向对象方法在有限元分析领域内的应用更加深入、全面，实现的功能更加丰富。 论文还开发了全新用途的网络服务中心，包括Http服务器、计算服务器，以及各种用途的计算客户端：利用Java语言的网络通信、界面处理能力结合集群的密集并行计算能力一起完成特定的计算任务，从而使集群计算与Web计算很好的集成在一起；WebFEA作为一种应用客户端，配合NetFEAF集成系统的各个计算组成部分，可以实现一个比较全面的有限元分析方法的计算机辅助课件；当前基于Web的各种应用越来越广泛，但将基于网络的工程设计与有限元分析系统的面向对象构建其引入有限元分析以及土木工程设计领域还不多，基于NetFEAf系统，作者又利用面向对象的方法实现了基于网络的重力式码头CAD集成系统，以从根本上改变传统的工程分析设计软件的运行思路，使网络变成土木工程师的日常工作中心，系统部分成果通过鉴定(文通部鉴定为“国内领先，可以大大提高设计效率，建议在水运行业内尽快推广使用”)推出后的良好试用效果，使面向对象的方法在土木工程分析设计软件系统研制中的优势得到进一步验证。配合目前工程软件网络化应用需求的日益高涨，提出了一种全新工程分析设计软件的运作模式，即网络服务收费模式。不同于传统工程软件销售所有权，网络服务收费模式销售的是软件服务，软件运行于网络上，用户只有在使用时才需要交纳费用，这样全新的使用方式也给传统的工程软件的盗版问题提供了一个解决思路。
苗新强[6]2015年在《有限元结构分析多层并行算法研究及应用》文中提出由于性价比高、计算能力强,多核多节点超级计算机已成为高性能计算的主流。但仅仅依靠多核多节点超级计算机的高机器性能并不能从根本上解决复杂结构有限元数值仿真的大规模计算问题,只有研究合适的并行计算方法才能有效提高工程分析的质量和效率。本文结合上海超级计算中心的“Dawning 5000A”高性能计算平台,研究了有限元结构分析多层并行计算方法,并在具体工程实例的应用中得到了验证,主要研究内容包括:研究了高效求解有限元结构静力分析问题和动力分析问题的并行计算方法。针对传统区域分解法利用大量处理器内核进行大规模并行计算效率低的问题,提出了一种多层并行计算方法。该方法在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。它首先通过两级分区为并行计算准备数据,以确保多核多节点超级计算机节点间和节点内工作载荷的均衡。然后在并行计算的过程中一方面通过两次缩聚大幅度降低了求解问题的规模,有效提高了界面方程的收敛速度;另一方面通过多层并行计算机制实现了对节点间和节点内通信的分层处理,有效提高了系统通信效率。数值试验结果表明:本文提出的多层并行计算方法同传统区域分解法相比能够获得较高的加速比和并行效率,并且核数越多效果越明显。研究了高效消去子区域内部自由度的缩聚算法。在二级子区域的缩聚过程中,基于稀疏存储技术和稀疏直接求解器设计了一种行压缩存储格式缩聚算法。它将缩聚过程转化为一系列线性方程组的求解过程,并通过稀疏直接求解器进行求解。由于采用稀疏存储技术实现了只对刚度矩阵中非零元素的存储,并在利用稀疏直接求解器求解线性方程组的过程中通过填充-约化排序有效降低了系统的内存需求和计算量,因此它具有所需内存空间小、计算效率高和易于编程实现的优点。在一级子区域的缩聚过程中,对传统变带宽格式缩聚算法进行了并行化改进以使节点内的所有进程都能参与相应一级子区域的并行缩聚,从而有效利用了节点内的多核计算资源。开展了有限元结构分析高性能计算软件的开发和集成。为降低系统开发成本,提高软件开发的质量和效率,提出了基于串行有限元自动生成平台进行二次开发的方案。从软件工程的角度进行了软件总体设计,包括总体实现方案的确定和系统功能结构设计。基于模块化程序设计方法给出了系统四个主要功能模块,即输入/输出模块、形成数学方程模块、求解数学方程模块和计算应变应力模块的详细实现流程。根据模块间的接口规则和相互调用关系实现了系统集成。该软件开发方案为超级计算机应用软件的开发探索了一条新途径。开展了有限元结构分析高性能计算软件的大规模工程应用。以上海市闵浦二桥为结构静力分析的工程应用对象,基于全叁维拟实建模方法建立了全桥有限元数值仿真模型。以某高层建筑为结构动力分析的工程应用对象,建立了爆炸冲击波对高层建筑物作用的有限元数值仿真模型。应用开发的软件在上海超级计算中心的“Dawning 5000A”高性能计算平台上完成了这两个模型的有限元数值仿真大规模并行计算。对多层并行计算方法和传统区域分解法的计算结果以及并行计算程序的性能进行了比较分析,验证了本文提出的多层并行计算方法的正确性、可靠性和有效性。
宋黔[7]2009年在《多领域模型仿真优化的并行化研究》文中进行了进一步梳理随着科学技术的发展,现代工业产品往往是机械、电子、液压及控制等多领域耦合的多物理系统,且产品模型的规模也越来越复杂,复杂产品多领域模型基于仿真的优化是一个计算密集而耗时的过程。在单机性能有限的情况下,对多领域仿真优化系统的并行化处理已迫在眉睫。MWorks系统是一个集建模、编译、仿真与优化等过程的集成化多领域分析平台,其中的优化子系统包括建模、算法库和优化过程等模块。优化过程的每次迭代需要进行多次仿真求解计算,这个过程需要耗费大量的时间,串行计算效率低下;针对系统仿真优化求解时的效率问题,本文研究了一种基于套接字的并行化处理方法,设计实现多机或多核环境下的并行计算环境,将计算任务划分为若干子任务,通过任务调度算法把任务分配给合适的节点进行计算,并通过实例验证了方法的有效性。本文的主要工作如下:首先,研究了并行计算技术的基本原理,分析了当前并行计算环境的主要实现技术;重点阐述了基于Socket技术的并行计算环境的实现过程:运用Winsock技术和多线程技术,为仿真优化提供多线程和多机计算相结合并行计算模式;并行计算环境采用改进的客户端/服务器结构,通过客户端和服务器间角色转换机制实现了高效的数据传递和通信效率,最大限度利用系统资源;通过实现客户端管理、任务传递和消息处理以及任务调度管理叁个功能模块,实现了并行多任务的分配和执行;考虑各客户端性能以及网络带宽的差异性,提出了一种按能分配的任务调度方法,实现了多任务在多客户端上的动态负载平衡。其次介绍了几种常用优化算法的并行化处理技术,结合MWorks系统现有的优化算法,实现了约束变尺度法的并行化过程,将该算法中的数值梯度计算划分为多个子任务,实现并行计算。最后,进行了数值算例和工程优化问题的测试,测试结果验证了本文所研究的并行化方法能有效提高仿真优化的效率。并通过多机实验,分析了不同数量处理器对并行计算参数的影响。
魏高峰[8]2010年在《人体骨肌系统的整体生物力学建模与仿真分析研究》文中研究说明人体骨肌系统是实现人体各种运动的生理物质基础,是人体同外界进行动力学交互作用的根本,同时也是人体其它器官和系统的基本生存条件,其宏观上的主要特性表现为与运动和力相关的动力学问题。因此对人体骨肌系统进行力学方面的研究具有非常重要的意义。本文基于研究所承担的国家自然科学基金重点项目“中国力学虚拟人”,在中国可视人项目冷冻切片数据集的基础上,通过计算机虚拟技术、力学建模及分析技术、以及有限元建模及分析技术建立了一个人体骨肌系统生物力学计算平台。该平台主要包括人体骨肌系统的叁维建模与系统集成模块、人体骨肌系统的运动学与动力学建模及系统集成模块、以及人体骨肌系统的有限元建模与系统集成模块等叁大部分。重点针对中国力学虚拟人系统集成中的一些关键技术进行了研究,完成了力学虚拟人以上叁大模块的系统集成开发,实现了力学虚拟人计算平台的功能。本文的主要工作可以归纳为以下几点:1.基于人体解剖学特征结构,完成了中国力学虚拟人叁维模型的系统集成和软件开发。一个完整的人体骨骼-肌肉模型是中国力学虚拟人课题的研究基础。为此,本文对由中国数字人冷冻切片数据库所建立起来的人体各部分模型进行了系统集成与软件开发。根据解剖学的要求,建立了虚拟人体整体坐标系统,对虚拟人各部分模型进行了坐标转换,对关节接触部分进行了解剖学运动关系的定义。根据肌肉力学虚拟线在骨骼上的附着位置,将肌肉力虚拟线模型装配在了虚拟人骨骼模型上,建立了能够反映真实人体骨肌系统解剖特性的叁维模型。在Microsoft VisualStudio 2005环境下,开发了力学虚拟人叁维模型仿真软件,实现了力学虚拟人叁维几何模型的系统集成与仿真。2.完成了中国力学虚拟人运动学与动力学模块的系统集成与开发。结合NDI运动捕捉系统,以基于人体测量学数据和特殊标记点(Marker)分布的算法,开发了力学虚拟人运动捕捉与分析模块,解决了该模块同运动捕捉硬件系统、动力学分析模块之间的数据接口问题。3.对小波分析方法在人体骨肌系统EMG信号处理及肌肉力预测中的应用问题进行了探索性的研究。提出了一种基于小波理论的动态EMG信号预测肌肉力的方法。通过对举重运动员的举重动作进行运动捕捉实验、反向动力学建模以及分析,对肱二头肌、肱叁头肌以及叁角肌进行EMG信号测量,利用所提出的方法进行了肌肉力预测。经过对比,预测结果同反向动力学的预测结果相一致,验证了该方法的可用性。同时探索研究了利用模态综合方法来分析人体骨骼的振动特性和应变等问题,对人体步态进行了实验测量与分析,获得了较好的结果。4.基于并行计算技术,建立了中国力学虚拟人系统集成有限元模型。根据人体关节联结的生理学和解剖学特性,对人体各部分的有限元模型进行系统集成建模。建立了踝关节、膝关节、髋关节、骶髂关节、肩关节、肘关节等部分的有限元连接模型,利用弹簧单元和连接单元对关节连接处的韧带和软骨进行了有限元建模。根据中国力学虚拟人骨肌系统叁维整体模型,建立了有限元模型中的肌肉力载荷集,在下肢、上肢以及胸腰部分定义了肌肉力载荷集,用来模拟人体运动过程中,作用在骨骼上的肌肉力对骨骼系统应力分布的影响。5.对人体的弯腰搬物动作进行了运动捕捉实验,将整个运动过程分为4个运动相位,建立了每个相位的有限元整体模型。基于运动学与动力学模块的分析计算结果,在上海超级计算中心的曙光4000A超级并行计算平台上,对人体弯腰搬物动作进行了整体有限元模型的仿真计算。针对本文所建立的人体骨肌系统总体有限元模型,对不同的并行计算方案进行了测试,确定了并行效率最佳的并行算法和硬件配置。通过对计算结果的比较分析,论证了中国力学虚拟人集成计算平台的可靠性。
祁超[9]2008年在《基于网格的高性能计算平台关键技术及其在CAE中的应用研究》文中进行了进一步梳理基于网格的高性能计算平台是一个基于广域网络的分布式异构计算平台,它借助于网格为高性能计算提供了一个公共的计算平台,以通用网络为基础,以网格中间件为桥梁,实现了各种高性能计算资源之间的互联互通、共享和协同工作。与传统的高性能计算系统有很大的区别,它为实现大范围异构分布环境下的高性能计算提供基础软硬件环境、相关协议、公共服务、使能工具以及系统管理等功能。开展基于网格的高性能计算平台相关理论与技术的研究开发具有非常重要的理论意义和实际应用价值。本文以构建基于网格的高性能计算平台为目标,探索构建该平台的关键技术问题,主要围绕着基于网格的高性能计算平台的体系结构、资源虚拟化技术、资源分配和任务调度技术以及资源管理技术展开研究,并在该平台上部署并行多群体协作PSO框架以及高性能并行计算系统,使其能够成为执行计算机辅助工程(CAE)应用的理想平台。主要研究成果如下：以面向服务的观点提出基于网格的高性能计算平台体系结构,为该平台的设计实现、改进和优化运行提供坚实的理论基础,为其应用到制造系统中做出有益的理论探索。为了达到充分的资源共享和协作使用目的,在面向服务的网格高性能计算环境中,采用了资源虚拟化技术,即将不同的资源实现封装成一个通用的服务接口,并且这些服务接口有着统一的服务语义。针对基于网格的高性能计算平台的特点,作者将蚁群优化算法与网格调度技术相结合提出了一个改进算法。该算法将资源分配与任务调度这个NP难问题映射到任务资源分配图的优化选择问题上来最优化资源分配和任务调度,同时将信号量机制引入到最优任务资源分配图中来解决任务资源间可能的死锁问题。目前,尚无采用OGSA/WSRF结构的网格服务中间件能够很好地支持基于服务质量协商的网格资源管理,针对服务质量协商所涉及的协商资源预留问题和资源服务过程中服务质量的动态重协商问题,在对WS-Agreement规范进行一定的补充和完善后,基于WSRF设计了支持服务质量协商的网格资源管理体系结构并实现相应的服务框架,最终成功地将该服务框架应用到基于网格的高性能计算平台中。基于服务级协定和本文设计的并行多群体协作PSO算法实现了一个应用在基于网格的高性能计算平台上的并行多群体协作PSO框架。该框架为评价任务提供动态发现和选择计算资源功能以及协商服务质量功能,同时还能够屏蔽复杂的网格高性能计算环境,从而加速解决科学工程、制造业中涉及的优化设计问题。在探索网格与并行计算理论的基础上,作者借助于Globus Toolkit和MPICH-G2组件技术,设计并实现了基于网格的高性能计算平台上的并行计算系统,为复杂CAE应用能够在基于网格的高性能计算平台上执行搭建了一个高性能并行计算环境,不仅有效地提升了CAE应用的协同执行性能,而且提高了各类CAE软件资源的共享性,从而提高企业产品开发流程中计算分析阶段的计算效率,并大大降低了计算成本。
刘岿[10]2010年在《打包机整体结构系统动态特性研究》文中研究说明随着近代工业和科学技术的飞速发展,机械产品的尖端、精巧、高速化以及各种工程结构的复杂化、大型化已成为一种趋势,结构在工作时受动载荷的影响越来越明显,因此在结构设计过程中,不仅要考虑结构的静态特性还要考虑其动态特性。研究结构静态特性的学问称为结构静力学;研究结构动态特性的学问称为结构动力学。目前工程上用于研究结构静态特性和动态特性的主要方法为有限元素法。随着结构的复杂化和大型化,使用有限元软件求解复杂结构大系统时往往面临存储空间大,求解时间长等问题的制约。本文以化纤打包机复杂结构大系统为对象,结合结构动力学领域的最新研究成果,综合使用子结构技术、大系统理论、并行工程方法和并行算法,深入探讨了高效求解复杂结构系统的动态特性的方法,并进行了以下几个方面的研究工作:1.探讨CAD模型转化成CAE模型时的动态特性等效简化方法,作为打包机CAD模型等效简化的依据;2.以子结构方法为指导,建立打包机的理论分析模型,表明坐标缩减的工程意义;3.在有限元环境下建立整个打包机结构系统的模型,并进行适当规模的坐标缩减;4.综合考虑子结构技术,并行工程方法和并行算法,拟定求解复杂结构系统动态特性的高效处理方法。组建基于MPI的并行计算机集群,在ANSYS11.0环境下按照拟定方法对整个打包机结构系统的动态特性进行并行求解;5.验证拟定求解方法的高效性和可靠性。
参考文献：
[1]. PVM环境下的结构并行分解优化设计及ANSYS集成实现技术[D]. 任鹏. 广西大学. 2001
[2]. 基于区域分解法的铝电解槽电场有限元分析并行计算研究[D]. 赵仙勇. 中南大学. 2013
[3]. 导引头伺服机构若干强度与动力学问题研究[D]. 聂旭涛. 国防科学技术大学. 2008
[4]. 岩石破裂过程分析并行计算方法研究[D]. 张永彬. 东北大学. 2007
[5]. 基于网络的工程设计与有限元分析系统的面向对象构建[D]. 李海江. 大连理工大学. 2003
[6]. 有限元结构分析多层并行算法研究及应用[D]. 苗新强. 上海交通大学. 2015
[7]. 多领域模型仿真优化的并行化研究[D]. 宋黔. 华中科技大学. 2009
[8]. 人体骨肌系统的整体生物力学建模与仿真分析研究[D]. 魏高峰. 上海交通大学. 2010
[9]. 基于网格的高性能计算平台关键技术及其在CAE中的应用研究[D]. 祁超. 西安理工大学. 2008
[10]. 打包机整体结构系统动态特性研究[D]. 刘岿. 东华大学. 2010
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