沖擊-接觸問題的并行計算研究.pdf

1、沖擊-接觸問題廣泛存在于工程應(yīng)用和實際生活中，數(shù)值模擬是研究此類問題的有效手段之一。由于該問題的強烈非線性以及接觸面處理的復(fù)雜性，沖擊-接觸問題的數(shù)值模擬通常需要進(jìn)行幾天甚至幾個月才能完成。隨著模擬精度要求和模擬規(guī)模的日益增加，沖擊-接觸問題的并行計算越來越受到關(guān)注。同時，高性能計算機的多層體系結(jié)構(gòu)也為設(shè)計與之相適應(yīng)的接觸并行算法提出了挑戰(zhàn)。
　　本文首先提出了適用于有限元共享內(nèi)存并行計算的結(jié)塊方法。結(jié)合基于性能測試的OpenMP

2、并行化方法，采用循環(huán)級和子程序級的結(jié)塊方法，不僅可有效提高程序的Cache命中率，而且可增加OpenMP并行任務(wù)的粒度。測試算例表明結(jié)塊能顯著提高程序性能。
　　其次，針對沖擊-接觸計算中的復(fù)雜接觸計算，設(shè)計了基于桶排序的并行自動接觸算法。通過對接觸計算區(qū)域的空間剖分，桶排序，使得接觸計算中全局搜索的局部化。最終可實現(xiàn)復(fù)雜接觸問題的自動接觸計算。
　　結(jié)合并行自動接觸算法，設(shè)計了適應(yīng)碰撞問題顯式有限元計算的雙重區(qū)域分割并行算

3、法。根據(jù)顯式有限元接觸計算中的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，內(nèi)力并行計算采用基于圖剖分的靜態(tài)區(qū)域分割算法;而針對接觸關(guān)系的時變特性，接觸力并行計算采用基于幾何剖分的動態(tài)區(qū)域分割算法。雙重區(qū)域分割算法能實現(xiàn)內(nèi)力并行計算和接觸力并行計算中的負(fù)載平衡。基于消息傳遞模型的并行程序測試說明該程序具有較好的并行效率。
　　最后，本文使用了適應(yīng)CLUMPS(CLUster of MultiProcessorS，多處理器集群)體系結(jié)構(gòu)的混合編程方法對程序性能進(jìn)行