CPU-GPU异构平台结构非线性分析软件模块化设计与应用
发布时间：2021-05-13 19:22
有限元方法在结构分析领域有着广泛地应用。传统有限元软件的开发基于面向过程的思想并采用Fortran语言,存在着可扩展性差、代码重用性低、可维护性差等缺陷,很大程度上限制了有限元软件的发展。同时,近年来科学研究和工程技术迅速发展,具有庞大的自由度的大型或者超大型的复杂结构的数量增加,利用有限元法基于CPU串行平台对这些结构分析时,分析过程耗时较长,计算效率低,无法满足设计及施工进度的要求。为了克服基于面向过程设计的有限元软件的不足,提高计算效率,针对实际工程和科学研究的需要,开展本文的研究工作。本文采用模块化设计方法完成结构非线性分析软件的架构搭建。根据非线性有限元理论分析充分了解材料非线性问题的特性和非线性方程组的基本数值解法,明确非线性有限元问题基本分析步骤,从而确定软件系统的结构,进行模块划分,明确每个模块的功能、接口以及模块间的调用关系。采用面向对象思想,用程序设计语言设计每个模块的细节,将结构非线性有限元分析问题及其数值解法转化为计算机程序,基于模块化方法完成结构弹塑性软件架构的搭建。建立了基于Qt和VTK的有限元软件前处理可视化系统。为方便用户对模型进行查看和使用本文程序进行...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究的背景和意义
1.2 国内外相关研究现状及分析
1.2.1 有限元分析软件模块化设计的研究现状
1.2.2 基于GPU高性能并行计算研究现状
1.3 本文的主要内容
第2章 异构平台非线性软件模块化设计
2.1 引言
2.2 非线性有限元基本原理与软件模块划分
2.3 基于CPU平台结构非线性软件有限元模型模块化
2.3.1 有限元域类的设计与实现
2.3.2 节点类设计与实现
2.3.3 单元类的设计与实现
2.3.4 材料类的设计与实现
2.3.5 截面类设计与实现
2.3.6 高斯点类设计与实现
2.4 基于异构平台的分析模块设计与实现
2.4.1 异构平台的设计
2.4.2 求解器类设计
2.4.3 系统方程类设计
2.5 框架扩展性设计以及扩展性能测试
2.6 软件正确性验证
2.7 本章小结
第3章 可视化模块及前处理接口设计
3.1 引言
3.2 前处理接口设计
3.2.1 节点信息提取
3.2.2 单元信息提取
3.2.3 集合信息提取
3.2.4 截面信息提取
3.2.5 边界条件信息提取
3.2.6 荷载信息提取
3.2.7 分析步信息提取
3.3 基于Qt的可视化界面设计
3.3.1 可视化界面菜单栏设计
3.3.2 可视化界面工具栏设计
3.3.3 可视化图形显示窗口设计
3.3.4 可视化界面整体布局
3.4 基于VTK的图形交互设计
3.4.1 模型显示设计
3.4.2 世界坐标系显示
3.4.3 交互器模块设计
3.5 模型文件读取与可视化系统结果正确性验证
3.6 本章小结
第4章 基于异构平台非线性软件加速性能测试
4.1 引言
4.2 软件扩展性能测试
4.2.1 单元扩展性能测试
4.2.2 求解器扩展性能测试
4.3 基于异构平台梁柱结构静力弹性分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于VTK与QT的地震数据三维可视化研究与实现[J]. 夏成静,石深涵,熊杰,张成云,张伊. 电脑知识与技术. 2017(12)
[2]CPU+GPU并行计算技术在复杂结构非线性分析中的应用[J]. 乔保娟,李志山,曹胜涛,刘春明,侯晓武,杨志勇. 建筑结构. 2015(23)
[3]有限元GPU加速计算的实现方法[J]. 张健飞,沈德飞. 计算机辅助工程. 2014(02)
[4]ANSYS和Abaqus软件GPU加速性能典型算例测试与分析[J]. 王惠,郭培卿,陈小龙. 计算机工程与科学. 2013(11)
[5]大规模有限元系统的GPU加速计算研究[J]. 刘小虎,胡耀国,符伟. 计算力学学报. 2012(01)
[6]面向对象的非线性有限元软件框架设计[J]. 韩峻,施法中. 计算机工程. 2009(08)
[7]基于PC的OpenGL跨平台实现及性能研究[J]. 朱奕杰. 计算机应用. 2007(05)
[8]面向对象有限元程序设计——程序构架[J]. 魏泳涛,于建华,陈君楷. 四川大学学报(工程科学版). 2001(04)
[9]三维图形API的分析与比较[J]. 洪磊,谢康林. 小型微型计算机系统. 1999(05)
[10]面向对象有限元程序的类设计[J]. 周本宽,曹中清,陈大鹏. 计算结构力学及其应用. 1996(03)
硕士论文
[1]基于VTK的有限元软件GUI界面研究[D]. 王松.重庆交通大学 2016
[2]采用面向对象技术研发非线性有限元计算程序[D]. 刘声浩.西南交通大学 2015
[3]基于GPU的稀疏线性方程组求解及其应用[D]. 张志能.南昌大学 2013
[4]基于GPU的高性能有限元方法研究[D]. 李熙铭.吉林大学 2011
[5]面向对象非线性有限元程序设计方法研究[D]. 宗欣.中国工程物理研究院 2004
[6]面向对象的非线性有限元程序框架设计[D]. 朱晓光.大连理工大学 2002
本文编号：3184569
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究的背景和意义
1.2 国内外相关研究现状及分析
1.2.1 有限元分析软件模块化设计的研究现状
1.2.2 基于GPU高性能并行计算研究现状
1.3 本文的主要内容
第2章 异构平台非线性软件模块化设计
2.1 引言
2.2 非线性有限元基本原理与软件模块划分
2.3 基于CPU平台结构非线性软件有限元模型模块化
2.3.1 有限元域类的设计与实现
2.3.2 节点类设计与实现
2.3.3 单元类的设计与实现
2.3.4 材料类的设计与实现
2.3.5 截面类设计与实现
2.3.6 高斯点类设计与实现
2.4 基于异构平台的分析模块设计与实现
2.4.1 异构平台的设计
2.4.2 求解器类设计
2.4.3 系统方程类设计
2.5 框架扩展性设计以及扩展性能测试
2.6 软件正确性验证
2.7 本章小结
第3章 可视化模块及前处理接口设计
3.1 引言
3.2 前处理接口设计
3.2.1 节点信息提取
3.2.2 单元信息提取
3.2.3 集合信息提取
3.2.4 截面信息提取
3.2.5 边界条件信息提取
3.2.6 荷载信息提取
3.2.7 分析步信息提取
3.3 基于Qt的可视化界面设计
3.3.1 可视化界面菜单栏设计
3.3.2 可视化界面工具栏设计
3.3.3 可视化图形显示窗口设计
3.3.4 可视化界面整体布局
3.4 基于VTK的图形交互设计
3.4.1 模型显示设计
3.4.2 世界坐标系显示
3.4.3 交互器模块设计
3.5 模型文件读取与可视化系统结果正确性验证
3.6 本章小结
第4章 基于异构平台非线性软件加速性能测试
4.1 引言
4.2 软件扩展性能测试
4.2.1 单元扩展性能测试
4.2.2 求解器扩展性能测试
4.3 基于异构平台梁柱结构静力弹性分析
4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于VTK与QT的地震数据三维可视化研究与实现[J]. 夏成静,石深涵,熊杰,张成云,张伊. 电脑知识与技术. 2017(12)
[2]CPU+GPU并行计算技术在复杂结构非线性分析中的应用[J]. 乔保娟,李志山,曹胜涛,刘春明,侯晓武,杨志勇. 建筑结构. 2015(23)
[3]有限元GPU加速计算的实现方法[J]. 张健飞,沈德飞. 计算机辅助工程. 2014(02)
[4]ANSYS和Abaqus软件GPU加速性能典型算例测试与分析[J]. 王惠,郭培卿,陈小龙. 计算机工程与科学. 2013(11)
[5]大规模有限元系统的GPU加速计算研究[J]. 刘小虎,胡耀国,符伟. 计算力学学报. 2012(01)
[6]面向对象的非线性有限元软件框架设计[J]. 韩峻,施法中. 计算机工程. 2009(08)
[7]基于PC的OpenGL跨平台实现及性能研究[J]. 朱奕杰. 计算机应用. 2007(05)
[8]面向对象有限元程序设计——程序构架[J]. 魏泳涛,于建华,陈君楷. 四川大学学报(工程科学版). 2001(04)
[9]三维图形API的分析与比较[J]. 洪磊,谢康林. 小型微型计算机系统. 1999(05)
[10]面向对象有限元程序的类设计[J]. 周本宽,曹中清,陈大鹏. 计算结构力学及其应用. 1996(03)
硕士论文
[1]基于VTK的有限元软件GUI界面研究[D]. 王松.重庆交通大学 2016
[2]采用面向对象技术研发非线性有限元计算程序[D]. 刘声浩.西南交通大学 2015
[3]基于GPU的稀疏线性方程组求解及其应用[D]. 张志能.南昌大学 2013
[4]基于GPU的高性能有限元方法研究[D]. 李熙铭.吉林大学 2011
[5]面向对象非线性有限元程序设计方法研究[D]. 宗欣.中国工程物理研究院 2004
[6]面向对象的非线性有限元程序框架设计[D]. 朱晓光.大连理工大学 2002
本文编号：3184569
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