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岩土工程亿级单元有限元模型可扩展并行计算

发布时间:2018-09-14 09:08
【摘要】:讨论了亿万单元有限元模型的可扩展并行计算方法。从软件和硬件两个方面提出了前处理、并行计算方法、程序算法、后处理实现等核心问题的解决方案。采用网格加密方法生成一亿单元的有限元模型,利用对偶原始有限元撕裂内联法(FETI-DP)求解系统方程。基于图论理论建立了子区域间的通讯拓扑关系,实现了子区域间点对点通讯,避免速度慢、通信量大的全局通讯。在自主开发程序基础上,增加相应模块,采用面向对象编程技术和MPI消息传递库开发程序。对一个一亿多单元的工程实例运用5000核并行计算,得到了超线性加速比。计算结果在专用图形工作站上进行后处理,显示和交互操作速度良好。研究在两方面实现了突破:一是将模型规模提高到了一亿多单元;二是同时调用了5000个计算核来并行运算,并得到了很高效率。高分辨率有限元并行模拟研究成果可为岩土工程中结构特别复杂、计算区域特别大、地质情况复杂等模拟提供很好的技术方法和实现手段。
[Abstract]:The expandable parallel computing method for the finite element model of hundreds of millions of elements is discussed. The solutions to the core problems such as pre-processing, parallel computing method, program algorithm, post-processing implementation and so on are put forward from two aspects of software and hardware. The mesh encryption method is used to generate a finite element model of 100 million elements, and the dual primitive finite element tearing inline method (FETI-DP) is used to solve the system equation. Based on the theory of graph theory, the topological relation of communication between sub-regions is established, and the point-to-point communication between sub-regions is realized, which avoids the global communication with slow speed and large amount of communication. On the basis of the independent development program, the corresponding modules are added, and the object-oriented programming technology and MPI messaging library are used to develop the program. The superlinear speedup is obtained by using 5000 core parallel computation for an engineering example of more than 100 million units. The calculation results are processed on the special graphics workstation, and the speed of display and interactive operation is good. The research has achieved a breakthrough in two aspects: one is to increase the scale of the model to more than 100 million units, the other is to call 5,000 computing cores simultaneously to parallel operation, and get a very high efficiency. High-resolution finite element parallel simulation results can provide a good technical method and means for geotechnical engineering simulation, such as the structure is especially complex, the calculation area is especially large, the geological situation is complex, and so on.
【作者单位】: 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室;
【基金】:国家重点基础研究发展计划(973计划)(No.2014CB047100) 国家自然科学基金(No.11272330) 中科院“十二五”信息化专项(No.XXH12503-02-02-11)~~
【分类号】:TB115

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