Level set函数快速步进重构并行算法的改进

为提高level set函数快速步进重构过程的并行计算效率,本文提出一种改进的分区并行重构算法。与原有分区并行算法相比,优化了子区域间的同步方案,缩短了level set函数并行重构的计算时间。运用OpenMP多线程技术,建立了相应的并行计算模型,实现了圆球、圆环管和哑铃等值面并行重构。并行重构数值结果表明:只要子区域均分初始表面边界,level set函数全局或局部并行重构均具有良好加速比,8线程的最大加速比可接近6。     

红外频率选择表面的并行FDTD模拟

目前高性能计算领域多采用共享内存和分布内存相结合的方法提高计算性能.本文讨论在SMP集群中实现并行计算的3种编程模型,采用MPI/OpenMP混合编程方法对红外频率选择表面的电磁特性进行FDTD模拟,并分析不同编程模型下的并行性能.     

闸门结构分析的有限元并行计算

分析了平面钢闸门的工作特点,研究和建立了平面钢闸门的精细组合有限元计算模型并进行了并行计算。提出了并行求解策略;采用循环分解技术来实现单元刚度矩阵生成的并行化,采用预处理共轭梯度法并行求解系统方程组。获得了较高的并行计算效率和合理的计算结果,明显减小了结构计算时间。     

近场动力学与有限单元法的混合模型与隐式求解格式

利用近场动力学方法(PD)在模拟不连续变形问题的独特优势和有限单元法(FEM)的计算效率,提出近场动力学与有限单元法混合建模的方法,并用于求解断裂力学问题.裂纹出现的区域采用改进的近场动力学微观弹脆性(PMB)模型进行离散,其他区域采用有限元离散,通过杆单元连接不同的子区域.在隐式求解体系下实现了两种方法的混合建模,该模型在求解静力学问题时无需引入阻尼项,有效提高了计算效率和计算精度.通过模拟计算简支梁的弹性变形和三点弯曲梁I型裂纹的扩展过程,与理论解吻合良好,验证了提出的混合模型和求解方法的准确性和有效性.     

OpenMP在岩石动力并行计算中的应用

采用OpenMP并行模式,对二维弹性动力学有限元刚度并行化处理,提出了刚度矩阵并行组装策略,利用共享内存并行直接求解器Pardiso进行方程组求解。利用并行动态岩石破裂过程分析系统,研究应力波在岩石中的传播。数值算例表明,OpenMP并行后的弹性有限元程序具有良好的加速比,能够明显提高动力学模型的运算速度。     

基于OpenMP的多核程序设计技术

探讨了基于OpenMP的多核程序设计技术,介绍了OpenMP并行编程模型、编译指导语句及常用库函数。为验证OpenMP的性能,对求解二次分配问题的粒子群优化算法采用OpenMP技术进行并行化。实验结果证明了基于OpenMP的并行算法的有效性。     

基于MPI和OpenMP可控源电磁法三维有限元正演并行模拟

有效提高可控源电磁法三维正演的效率为目前研究的热点。三维CSEM正演各频点计算相互独立,无数据依赖性,具有良好的并行性。单频点的大型稀疏复线性方程组快速生成与求解成为效率的关键。实现了基于MPI的频点间并行计算,提高了多频点计算效率;对于单频点,利用高性能并行多线程直接求解器实现了OpenMP并行求解大型稀疏复线性方程组;最终实现了基于多进程与多线程混合的MPI+OpenMP的多频点可控源三维正演并行计算,大幅度提高三维CSEM有限元正演的效率,最高加速比达到了8.914倍。     

一种利用互信息的多核并行医学图像配准算法

分析了利用互信息作为相似性测度进行医学图像配准的算法,给出了具体计算流程.针对其中互信息计算量大、耗时长的缺点,提出了一种运行于单机多核平台的快速并行配准算法.利用OpenMP（open multi-processing）构建了一个图像匹配的多核并行计算平台,并对配准程序中的互信息计算进行并行处理,最后完成配准.通过对图像匹配算法效率进行的评估实验,验证了多核并行计算技术能够提高医学图像配准的运行效率.结果表明,该方法既保证了配准精度,又能够较好解决配准速度慢的问题.     

脆性多裂纹扩展问题的近场动力学建模分析

针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学（PD）理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构建能够以统一的模型和算法自然模拟脆性多裂纹扩展全过程的PD数值体系.通过定量分析确定最佳近场尺寸及核函数,通过双裂纹巴西圆盘和多裂纹脆性板的破坏过程模拟验证所提模型和算法,结果表明：改进型PD模型和数值方法可以定性、定量分析脆性多裂纹扩展问题.模拟单轴拉伸荷载作用下双裂纹脆性板的裂纹扩展过程,得到了初始裂纹分布情况对结构破坏形式和承载能力的影响规律.     

网格计算环境中的球面并联机器人动力学仿真

基于以子结构为基本单元的建模思想,建立了3-DOF球面并联机器人的动力学解析模型,并基于网格计算技术构建了球面并联机器人动力学仿真的分布式并行计算环境。在网格计算环境中,由网格计算节点利用离线生成的动力学解析模型完成球面并联机器人动力学模型的并行仿真计算,减少了机器人动力学模型在线计算量和计算时间,为机器人的实时控制和仿真提供了有利条件。给出了球面并联机器人动力学模型矩阵的解析代码生成和仿真计算实例,研究了可调尺寸参数和惯性参数对机器人驱动力矩的影响。     

多核环境下非线性特征值问题残量反迭代法并行计算

非线性特征值问题不满足Schur类分解的结论,因此线性特征值问题的很多数值方法不能直接推广到非线性问题.基于多核并行环境的非线性特征值问题数值解法的并行计算,给出了适合于多核并行环境的并行Newton类残量反迭代算法,在多核计算环境上使用Intel Fortran+OpenMP进行了数值试验.数值试验结果表明算法具有较高的加速比和并行效率.     

疲劳多裂纹扩展的常规态型近场动力学分析

为改进疲劳多裂纹扩展问题的分析,建立了常规态型近场动力学的疲劳多裂纹扩展模拟方法.在常规态型近场动力学的理论框架基础上,采用近场动力学疲劳裂纹萌生和扩展模型,建立了一个可模拟疲劳裂纹萌生与扩展的平面应力近场动力学模型.针对近场动力学疲劳模型计算量庞大的问题,又引入"临界断裂数"来优化模型的计算流程,提升模型的计算速度,以单边裂纹板为研究对象,通过选取不同"临界断裂数"的值寻求计算效率与裂纹路径精准度之间的平衡.从计算结果的对比中可以发现,当采用恰当的"临界断裂数"时,计算速度得到了较大的提升,同时裂纹仍能保证精准的形状.然后,该模型被用于非共线多裂纹板的疲劳破坏模拟仿真之中,当采用不同的"临界断裂数"时,计算运行得到的疲劳裂纹扩展路径以及相应的a-N曲线均能与实验得到的结果取得良好的吻合.研究结果表明,近场动力学疲劳分析方法不需引入断裂准则和预知裂纹路径,裂纹可以任意扩展.     

逆动力学方法在机械臂正动力学并行计算中的应用(英)

本文提出了一种刚性臂正动力学有效的并行算法．首先,基于道动力学的非递推牛顿一欧拉公式,并结合并行化的文[1]的方法1,并行计算了惯性医阵．然后,用逆动力学的非递推牛顿一欧拉公式计算了偏矢量,并用文[6]的方法并行求解了线性方程组．最后,以PUMA560机器人的前三个臂为例进行了计算效率分析．     

逆动力学方法在机械臂正动力学并行计算中的应用

本文提出了一种刚性臂正动力学有效的并行算法,首先,基于逆动力学的非递推牛顿－欧拉公式,并结合并行化的文「１」的方法１,并行计算了惯性矩阵,然后,用逆动力学的非递推牛顿－欧拉公式计算了偏矢量,并用文「６」的方法并行求解了线性方程组,最后,以ＰＵＭＡ５６０机器人的前三个臂为例进行了计算效率分析。     

复材非线性及渐进损伤的态型近场动力学模拟

为了实现复合材料材料非线性行为在态型近场动力学的模拟,引入单参量非线性本构模型来确定态型近场动力学中力状态与变形状态之间的非线性关系.为了实现复合材料渐进损伤行为的态型近场动力学模拟,在力状态表达式中引入一个标量函数,以实现利用强度准则判断物质点之间作用力是否失效.采用动力松弛法作为数值求解方法.结果显示,模型计算得到的单向复合材料板(AS4/PEEK)的非线性应力-应变曲线与试验数据吻合良好;对中心含孔复合材料板的渐进损伤模拟则表明,该模型模拟的破坏形式与已有研究的模拟结果及实验观察结果一致.探索和实现了复合材料非线性本构在态型近场动力学中的引入以及复合材料渐进损伤在态型近场动力学中的模拟.     

水质预报系统的MPI+OpenMP并行优化研究

OpenMP(Open Multi-Processing)能够在共享存储环境中获得理想的并行性能,MPI+OpenMP混合并行编程模型更贴近于多核心集群的体系结构。在多核心集群上进行实验,混合模型相对串行程序可缩短95%的运算时间,加速比超过20。实验结果表明,该混合模型比纯MPI并行的系统具有更优的加速比和扩展性,是对纯MPI并行系统的一种改进。     

近场动力学法频散特性及其在岩石层裂分析中应用

为了解近场动力学方法(peridynamics,PD)的计算精度,考察该法用于岩石层裂破坏模拟的效果,对PD进行了频散分析和算法验证.首先由频散分析后发现:当空间步长不变时,随影响域变大PD法频散愈严重;而空间步长减小时,影响域节点数不变,其频散会变弱;当影响域大小不变时,内部划分节点越密集,频散越弱.其次,通过该方法与传统有限差分法的比较表明PD离散方程可看作一系列差分方程的组合,其截断误差为影响域半径δ的二阶无穷小;当δ为Δx时,PD算法与中心差分法是等价的,且此时计算精度最高.最后,通过PD法应用于岩杆一维层裂模拟分析,探讨了其空间步长、影响域尺寸对计算结果的影响,得出层裂时间、层裂位置及损伤分布情况,并与层裂试验进行对比分析.PD可用于岩石层裂破坏分析,将FDM和PD法两者结合进行层裂模拟时,计算时间少、优势明显.     

分蓄洪区洪水演进的并行计算方法研究

通过网络计算机群,采用信息传递接口(MPI)为通讯库,建立了分蓄洪区洪水演进计算的并行数值模拟方法.以荆江分洪区为对象,模拟计算了实施分洪后洪水的演进过程.计算表明,网络并行计算系统机群的计算速度与计算规模、进程数等因素有关;并行计算相对于单机计算能够提高计算速度,并且加速比及并行效率会随着计算规模的加大而加大;同时,加速比会随着进程数的增加而先增加后减小,存在着一个最优的进程数.     

采用动态缓冲池的SOAP并行通信模型

为了提高simple object access protocol（ SOAP）的通信性能,有效地支持多机群网格上的并行计算,提出了SOAP并行通信模型．利用并发数据流、动态缓冲池技术、压缩编码技术和并行流水机制,通过内存储器实现了通信资源和计算资源的并行运行．描述了模型的主要部件、体系结构和通信过程．分析和实验表明,该模型具有良好的通信效率并可有效支持并行计算,能满足网格并行计算的需求．     

基于分布式内存计算的深度学习方法

为了提升深度学习技术并行化学习效率,设计了一种面向计算机集群的分布式内存计算方法。构建分布式内存环境,建立数据分片处理和多任务调度机制,使模型参数和神经元节点的计算和存储并行运行于该环境中,避免了磁盘I/O对训练速率的影响;采用深度信念网络模型,以多个副本异步并行计算的方式进行模型训练,并使用dropout方法防止模型训练过拟合。对CIFAR-10图像数据集进行分类训练,试验结果表明,该方法可以明显提高深度神经网络的训练效率,并具备良好的可扩展性。