适用于混合网格的并行GMRES+LU-SGS方法

给出了一种适用于混合网格的并行无矩阵GMRES+LU-SGS隐式时间格式。首先采用LU-SGS方法迭代若干步以获得一个合适的初场,然后切换到GMRES方法在每一时间步内近似求解,并将LU-SGS方法作为其预处理器。为加速收敛,将CFL数随着残差的降低逐步放大;为减少存储量和计算量,通量Jacobian采用无矩阵处理。在保证与串行执行一致的前提下,采用基于共享内存的OpenMP方法实现了并行计算,并通过对网格的分组避免了内存争夺。算例验证表明,方法极大地提高了计算收敛效率,并行结果与串行结果完全一致,计算结果与实验结果吻合较好。     

非结构CFD软件MPI+OpenMP混合并行及超大规模非定常并行计算的应用

常规工程应用中，非定常数值模拟（如多体分离）的计算量十分巨大，如果为了达到更高的计算精度，加密网格或者采用高精度方法将会使得计算量进一步增大，导致非定常数值模拟在CFD工程应用中成为十分耗时和昂贵的工作，因此，提高非定常数值模拟的可扩展性和计算效率十分必要。为充分发挥既有分布内存又有共享内存的多核处理器的性能和效率优势，对作者团队开发的非结构网格二阶精度有限体积CFD软件（HyperFLOW）进行了混合并行改造，在计算节点间采用MPI消息传递机制，在节点内采用OpenMP共享内存的MPI+OpenMP混合并行策略。首先分别实现了两种粒度（粗粒度和细粒度）的混合并行，并基于国产in-house集群采用CRM标模（约4 000万网格单元）定常湍流算例对两种混合并行模式进行了测试和比较。结果表明，粗粒度在进程数和分区数较少的小规模并行时具有效率优势，16线程时效率较高；而细粒度混合并行在大规模并行计算时具有优势，8线程时效率较高。其次，验证了混合并行在非定常计算情况下的可扩展性，采用机翼外挂物投放标模算例，分别生成3.6亿和28.8亿非结构重叠网格，采用对等的（P2P）网格读入模式和优化的重叠网格隐式装配策略，网格读入和重叠网格装配耗时仅需数十秒；采用3.6亿网格，完成了非定常状态效率测试及非定常分离过程的湍流流场计算，在in-house集群上12 288核并行效率达到90%（以768核为基准），在天河2号上12 288核并行效率达到70%（以384核为基准），数值模拟结果与试验结果符合良好。最后，在in-house集群上采用28.8亿非结构重叠网格进行了4.9万核的并行效率测试，结果显示，4.9万核并行效率达到55.3%（以4 096核为基准）。     

双三角翼大迎角绕流的并行计算

本文在ＬＵ－ＳＧＳ方法求解可压缩Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的串行程序基础上,发展了适合ＭＰＰ系统类型的并行计算机的并行算法程序,并针对双三角翼大迎角绕流问题,就不同的并行计算方法进行了对比研究,探讨了优化并行策略,提高计算效率和计算加速比等问题。     

基于SMP机群的航空CFD并行技术应用研究

针对SMP机群的双层并行体系结构,研制出一种双层并行技术--在计算节点间采用MPI消息传递模式并行,而在计算节点内部采用OpenMP编译器指令模式并行.通过算例测试证明,采用该技术的航空CFD程序,并结合贪婪负载平衡分配技术进行并行计算,其效率可达94%,计算结果与实验值吻合.     

薄壳结构失稳临界载荷的并行计算

以大型有限元分析软件为开发平台,研究了弹性结构屈曲分析的并行计算方法及软件实现,并针对大规模超级计算机的硬件环境编写了屈曲分析的并行求解程序;通过开发软件接口,将并行求解程序作为子模块嵌入串行有限元分析软件的求解序列中,并使其可直接调用;针对有限元前后处理器开发了风格一致的客户化界面,使并行计算的操作可视化。开发集成后的软件系统使串行有限元软件的前后处理能力与大规模并行机的高性能计算能力紧密结合,能够有效提高静力屈曲分析的规模和效率。      

喷管内流场并行计算方法研究

建立了基于区域分解的并行计算方法,将已有的后台阶喷管内流场三维ＴＶＤＭａｃ－Ｃｏｒｍａｃｋ显式格式的串行计算程序改造成为并行程序,获得了较高的并行加速比。并行计算结果同串行结果进行了对比,证明计算是成功的。     

分布存储结构并行处理机上隐式有限差分算法并行尝试

通过对传统的Beam-Warming隐式格式的并行化尝试,实现了无粘和粘性空气动力学方程的并行求解。计算中采用了SPMD并行编程模式,并将静态非重叠网格区域分裂技术用于建立计算区域和并行处理系统处理器节点之间的映射。结果表明原等价串行算法的稳定性和收敛性被基本保留,获得的加速比和并行效率较为满意。     

适用于非定常流模拟的分布式并行GMRES方法

为提高计算流体力学方法的收敛性和对高性能并行计算机的适应性,发展了适用于非定常流模拟的GMRES并行全隐式方法,并开展了相应的收敛和并行特性研究。采用变子空间数GMRES方法,减小重启过程计算时间;通过分区并行和Hybrid LU-SGS预处理算子实现方法的分布式并行化;采用鲁棒的Negative-SA湍流模型获得更大CFL数,采取计算和存储雅可比矩阵、网格重排序方法提高计算效率。利用这套方法完成了平面流、NACA0012翼型扰流、翼身组合体扰流、F-16战斗机非定常气动弹性和旋翼前飞流场的数值模拟。结果表明其计算效率较LU-SGS方法提高20%～200%;适用于当代高性能计算机分布式并行结构,并行效率非常高,在240个计算核心上出现了加速比的超线性。     

三维低速NS方程的并行计算

本文在求解低速NS方程的串行程序基础上,针对分布式存贮网络异构的并行编程环境建立了隐式并行计算软件,并行计算的方法采用区域分解法.并行软件对高速列车进行了气动特性计算,并对并行效率和并行可靠性进行了研究,结果表明并行计算结果与串行计算吻合良好,并行改造后的软件可以应用于工程实际问题.     

一种加速的共轭斜量法薄壁结构有限元分析程序

本文介绍一种新的共轭斜量法薄壁结构有限元分析程序。由于在新程序中采用了对称比例变换处理并继续采用了不形成总刚度矩阵的方法,所以在解题规模与老程序(见《长江科技》78年第1期)大致相当的情况下,可有效地加速共轭斜量迭代法的收敛过程。文中列举了新、老程序对若干典型实例的对比计算,结果表明,新程序比老程序效率高二至三倍。     

EBE技术在结构分析中的应用——EBE—CG方法及其并行实现

共轭梯度法(CG法)是求解大型稀疏有限元方程组的有效迭代解法。针对大规模结构分析问题,提出了不形成总刚度矩阵时的EBE-CG法及其并行处理方法。在国内规模最大的大型MIMD分布式系统上的初步数值试验结果表明,并行的EBE-CG法是很有效的。     

有限元的一种并行算法及实现

当前,由于有限元素法大都使用串行算法,处理时间较长。本文根据有限元素法的特点和采用的并行计算机结构,提出了一种并行有限元算法,能大大提高其处理速度,加快处理周期。且算法简单,实现方便。     

结构分析程序中几个问题的处理方法

JY851程序是一个复合材料、金属混合结构应力分析及强度校核程序。从1986年投入使用以来,已推广到几个厂、所使用,计算了几个型号的机翼、垂尾、方向舵等复合材料结构。现就编写元素刚度矩阵中所遇到的几个问题的处理方法作一简单的介绍。 1.复合材料板弹性模量阵的计算 复合材料板弹性模量阵A、B、D的计算中,关键是求偏轴模量阵[ō],层压板中第     

结构有限元模型的试验建模

 对于复杂结构系统,用试验测取的模态参数来识别或修改系统的物理参数,以构造其动态数学模型。这种方法是建立振动系统数学模型的逆方法。 近些年来,国内外不少学者在这一领域做了很多工作。他们方法的共同点是识别系统的总质量矩阵和总刚度矩阵,因此未知量较多。考虑到结构系统总矩阵元素之间有一定关系,文献[3]讨论了一种建立动态有限元模型的逆方法。     

基于能量等效的直齿锥齿轮时变啮合刚度计算

针对直齿圆锥齿轮啮合刚度的计算问题,从微元思想出发,将变截面齿廓划分为若干等截面微段齿段,基于能量等效建立微段齿段啮合刚度计算模型,并利用积分方法获得单齿啮合刚度。此外,基于力平衡和变形协调条件进一步提出了齿轮时变啮合刚度计算模型,同时根据几何关系导出了相应传动误差计算式。利用有限元分析对解析计算模型进行了验证,并分析了误差来源。结果表明:利用该模型不仅能够将直齿锥齿轮啮合刚度计算精度保证在2%以内,还达到了快速求解的目的。      

某型飞机翼身连接接头可靠性分析

首先将标准有限元程序与改进的均值法相结合，对某型飞机翼身连接接头处的刚度可靠性进行分析，结果表明，在所给载荷和允许应变情况下，该接头结构在外载变异系数为0.15，弹性模量和剪切模量为0.05时，仍具有较高的可靠度。然后，又将标准有限元分析程序与响应面法结合，在假设接头的响应极限状态方程为一不包括交叉项的二次多项式的基础上，利用有限元分析确定响应极限状态方程，通过迭代运算，保证响应极限状态方程在最有可能失效点处与接头结构真实的隐式极限状态方程有很好的近似程度。2种方法的计算结果具有较好的一致性。最后，基于弹塑性应变分析，给出了在大过载情况下的低周疲劳寿命可靠性分析结果，得到了在给定寿命要求下，结构可靠度随寿命变异系数变化的曲线，并给出了在要求寿命可靠度情况下，可靠寿命随寿命变异系数的变化曲线，从而，为该型飞机的设计定型提供了有力的依据和方法。     

消息队列在智能优化算法中的应用

针对启发式智能优化算法的特点,为提高算法的优化效率,以消息队列机制为基础提出了一种多线程并行计算技术。讨论了多线程并行计算的模型及原理,介绍了多线程之间通过消息队列相互通信的同步控制技术。通过气动优化问题在不同线程数目下并行计算的比较,表明消息队列可以简化线程间的通信过程,显著提高计算效率,具有一定的实用价值。     

在MIMD型机上求解板的临界载荷的一种并行算法

提出了一种在ＭＩＭＤ型并行机上求解板的临界载荷的子结构方法的并行算法。此算法实际上就是解决Ａｘ＝λＢｘ广义特征值问题（其中Ａ、Ｂ为正定的箭头型矩阵）。主要通过矩阵变换将此问题转化成适合并行算法的一般特征值问题。给出了此并行算法的并行加速及效率的分析和算例,证明了此并行算法的优越性。     

复合材料开口结构参数化建模技术研究

基于MSC.Patran软件,运用PCL语言编写了参数化建模程序,实现了多种开口形式和加强形式的复合材料开口结构二维模型快速化、自动化建立。运用刚度等效原理将复合材料任意截面形式的筋条等效成各向同性矩形实心筋条,解决了目前有限元软件中没有提供复合材料一维梁单元的问题。结合复合材料开口结构刚度计算与优化设计实例,验证了建模方法的准确性与实用性。