物质点并行算法研究

发布时间：2024-01-31 19:37

　　物质点法采用物质点与背景网格双重离散。与拉格朗日有限元法相比，它避免了因网格畸变而产生的数值困难；与欧拉法相比，它避免了因非线性对流项而产生的数值困难，且容易处理自由表面和材料界面，因此适合于求解流固耦合，以及涉及大变形的问题。然而，普通电脑的计算能力限制了可以研究的问题的规模。模拟大规模问题时，离散常常不够密致，模拟结果也常常失真。为了扩大计算规模，有必要研究物质点法的并行算法。同时，为了避免浪费计算资源，要求并行算法具有良好的负载平衡。 与所有的网格质点类方法如PIC方法相似，物质点法中的质点在网格内是自由移动的，相对欧拉格式和有限元格式而言更难以实现负载平衡。本文主要针对常用的两种并行计算模型MPI和OpenMP，研究了物质点并行算法中的一些问题，并讨论了如何进一步改进负载平衡。 MPI模型使用一个丰富的函数库实现进程间消息传递。它功能强大、灵活，但实现MPI并行的工作量比较大。本文基于静态分区思想利用MPI模型将三维物质点法软件MPM3D(计算机软件著作权登记号2009SRBJ4761)并行化，编制了并行物质点程序MPM3D_MPI，并验证了其正确性与稳定性...

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号对照表
第1章 引言
    1.1 课题背景
    1.2 物质点法
    1.3 并行计算机与编程模型
    1.4 并行计算中的几个重要概念
    1.5 并行计算在力学中的应用
    1.6 本文的主要工作
第2章 基于 MPI 的物质点并行算法
    2.1 MPI 简介
    2.2 使用 MPI 的物质点并行算法
        2.2.1 文件输入方式
        2.2.2 分区方式以及进程拓扑
        2.2.3 背景网格的并行更新
        2.2.4 物质点的跨区移动模式
        2.2.5 对部分算法的支持
        2.2.6 并行文件输出
    2.3 算例及结果
        2.3.1 程序正确性的验证
        2.3.2 程序稳定性的验证
        2.3.3 并行程序的效率
    2.4 小结
第3章 基于 OpenMP 的物质点并行算法
    3.1 OpenMP 简介
    3.2 使用 OpenMP 的物质点并行算法
        3.2.1 背景网格更新
        3.2.2 物质点更新
    3.3 负载平衡算法
    3.4 算例与结果
        3.4.1 泰勒杆碰撞
        3.4.2 二维气体爆炸
        3.4.3 聚能射流
    3.5 小结
第4章 结论
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3891434