基于異構(gòu)并行策略的板材沖壓成形算法研究.pdf

1、汽車車身覆蓋件的沖壓生產(chǎn)是整車制造中的重要過程。利用有限元方法對車身覆蓋件成形過程進(jìn)行仿真，可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，降低生產(chǎn)成本。并行計(jì)算的發(fā)展為這一領(lǐng)域提供了更快的求解方法。本文研究了板材沖壓成形動(dòng)力顯式算法在異構(gòu)平臺(tái)上的并行計(jì)算方法，提出了一種基于任務(wù)劃分策略的異構(gòu)平臺(tái)協(xié)同并行算法，顯著地提升了算法的計(jì)算效率。
　　論文基于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的板材沖壓成形KMAS軟件，針對其中的Incremental模塊進(jìn)行算法重構(gòu)和并行化改造。

2、相比較于原版程序使用的Fortran語言，C語言具有更好的通用性，對并行框架的支持更好，本文首先進(jìn)行算法從Fortran語言進(jìn)行向C語言平臺(tái)的過渡，通過混合調(diào)用完成源碼的翻譯和平臺(tái)演進(jìn)。在此基礎(chǔ)上，基于模塊化、并行化和面向?qū)ο蟮乃枷雽Τ绦蜻M(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法、程序架構(gòu)的重構(gòu)，提高了算法的可讀性、可擴(kuò)展性和并行度。
　　其次，對多種并行框架進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究了OpenMP多核CPU并行和基于CUDA平臺(tái)的GPU并行方法。通過對動(dòng)力顯式

3、算法流程的分析，確定了串行程序并行化的改造策略?；贠penMP實(shí)現(xiàn)了板材沖壓成形算法在多核CPU下的并行計(jì)算，然后基于CUDA框架下實(shí)現(xiàn)了CPU主控，GPU并行協(xié)處理的板材沖壓成形并行算法。
　　最后，論文提出了CPU-GPU異構(gòu)平臺(tái)上基于任務(wù)劃分策略的協(xié)同并行板材沖壓動(dòng)力顯式成形仿真算法，綜合兩種并行方法，最大程度地利用了計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源，進(jìn)一步釋放了計(jì)算機(jī)的潛能。同時(shí)研究了任務(wù)區(qū)的劃分算法和CPU-GPU的負(fù)載均衡策略，針對

4、異構(gòu)協(xié)同的性能瓶頸“數(shù)據(jù)同步”進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，顯著地提升了算法的計(jì)算效率。
　　論文以VS2010、CUDA5.0為平臺(tái)，使用C/C++等編程語言對上述所有算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并以方盒和汽車翼子板沖壓成形為算例驗(yàn)證了算法的正確性和高效性，對不同的并行方式進(jìn)行結(jié)果對比，同時(shí)研究了不同計(jì)算規(guī)模下計(jì)算加速比的變化趨勢。實(shí)踐證明，本文提出的異構(gòu)平臺(tái)協(xié)同算法具有高效性和優(yōu)越性，對于大規(guī)模算例最高可以達(dá)到28倍的性能加速。對于有限元算法的重構(gòu)和并行優(yōu)