FE与EFG耦合方法的GPU并行加速研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:homejang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
EFG(Element Free Galerkin)法与有限元法各有优缺点,EFG法摆脱了网格束缚、求解精度高,适合于不连续问题的求解,但是处理边界条件不便、计算效率低;有限元方法计算效率高,但在求解大变形、裂纹扩展、拓扑优化等易产生网格畸变的问题遇到困难。有限元与 EFG法的耦合能有效地综合有限元与 EFG法各自的优点,对求解域区域采取适当的有限单元与无网格节点进行划分,可简化求解计算,能提高计算效率和精度,但有限元与EFG耦合方法的计算效率依旧较低,已限制其在大型工程问题中的应用,近十多年来在高性能计算领域迅猛发展的GPU(Graphic Processing Unit)并行计算为解决该问题提供了一条有效途径。本文主要对基于GPU并行加速的有限元与 EFG耦合方法展开研究,主要内容有:  (1)对基于组配法的有限元与 EFG耦合方法进行研究。利用有限元法处理边界条件的便利性,将边界条件划分到有限元区域,推导了给定边界条件与对称位移边界条件的统一施加形式,并通过数值算例验证了耦合算法结果满足计算精度要求。  (2)基于CSR(Compress Sparse Row)压缩存储格式及高效线性方程组迭代求解方法,对耦合算法进行了改进。提出以非零子块刚度矩阵为单位来组装总体刚度矩阵的方法,给出节点对的确定方法以及非零子块刚度矩阵的计算公式,并引进高效迭代求解方法 CG( Conjugate Gradient)法及 PCG( Preconditioned Conjugate Gradient)法求解总体离散方程,通过数值算例验证了改进方法的正确性,并得出PCG法虽然在计算精度上低于 CG法,但计算效率远高于 CG法的结论。  (3)基于有限元与 EFG耦合的改进算法,对有限元与 EFG耦合算法的GPU并行加速展开研究。首先对耦合改进算法各个部分耗时情况分析,确定以有限元区域包含界面区域刚度矩阵在CPU(Central Processing Unit)中计算,EFG域刚度矩阵在 GPU中计算的方案;其次利用 CUDA( Compute Unified Device Architecture)平台库函数,引入 PCG法对总体离散方程进行 GPU加速求解,最后通过数值算例验证了加速算法的可行性与有效性,获得了7倍左右的加速比,并探讨了影响加速效果的因素。  本文利用 GPU加速方法有效减少了有限元与 EFG耦合算法的计算耗时,提高了计算效率,该研究对有限元与 EFG耦合算法应用于工程问题具有重要理论参考价值和现实意义。
其他文献
蜂蜜的理化性质与蜜源、产地、气候有关,品种不同、产地不同,其理化性质不同。蜂蜜的理化特性是选择生产、加工和贮存条件,确保蜂蜜质量和性状的关键。本文针对中国产金银花蜜、
硒是人体必须的微量元素。缺硒会导致许多疾病的产生,严重影响人体的健康。因此,补硒越来越受到各界的重视。然而天然食品中的硒含量普遍偏低,不能满足人体对硒的需求,而无机硒毒
燃油的喷雾特性对于内燃机的燃烧和排放具有至关重要的影响,为探究纳米燃油的喷雾特性,在国家自然科学基金(51876082)的支持下,本文通过高压共轨可视化喷雾试验与Fluent喷雾模拟相
(四)复制《虢国夫人游春图》的故事在复制巨幅绢本画的计划中,我们把《虢国夫人游春图》排在了最后,因为,较之其他画作,该画的复制难度最大。原因在于,该画中存在一些重叠的
曲轴轴承是内燃机中的主要零件之一。随着内燃机的不断强化,轴承的工作条件愈加苛刻。为了适应内燃机的发展,保证轴承工作可靠、耐久,需要不断改进轴承的设计方法,尤其重要的
近年来,温室气体(主要是化石燃料燃烧排放的CO2)的过度排放引发的全球气候变化已经成为全世界关注的焦点问题。面对巨大的减排压力,以煤炭为主要能源的我国亟需研发能实现燃
进入21世纪以来,我国的经济快速发展,公路工程数量和规模一直呈正比例增长,人们对公路工程的建设关注度越来越高,对于质量的要求也越来越高,所以,公路工程施工中的质量控制工
企业的管理水平很大程度上影响着企业的经营状况,适合企业的管理模式会提高劳动生产率,提高赢利水平,而不合适的管理模式则会阻碍企业的发展。在劳动密集型企业中,工人的劳动
呕吐毒素又称脱氧雪腐镰刀菌烯醇毒素(DON),是一种B型单端孢霉烯族毒素,主要是由禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)和黄色镰刀菌(Fusarium culmorum)产生的次级代谢产物,广泛
近红外光谱分析技术由于在分析过程中样品基本不需处理,不消耗和破坏样品,仪器本身又无污染,堪称是绿色分析技术的代表。同时它又是一种“瞬间分析”技术,享有“巨人”法之美称。