结构动力数值仿真两级并行计算系统开发及应用

根据分布式存储并行计算机的体系结构特点,设计了一个结构动力数值仿真两级并行计算系统.首先通过两级分区为并行计算准备数据,并将数据分布式存储在各节点的局部存储器上;在结构动力分析过程中,通过进一步缩减问题规模和有效地提高通信效率大幅度减少了界面方程求解时间以及系统求解总时间.文中详细阐述了该系统工作原理、并行计算流程和系统实现的相关软件开发工具.最后通过典型数值算例验证了该系统的有效性.     

沉管隧道地震响应的三维非线性数值模拟方法及应用

介绍了沉管隧道的传统抗震分析方法,针对上海某沉管越江隧道的非线性地震响应问题,提出了基于显式有限元和高性能计算上的大规模数值模拟仿真方法。建立了包括地基土、沉管隧道以及柔性接头在内的全三维分析模型,单元数和节点数均超过百万。充分考虑到土壤、橡胶等多个对象的材料非线性,以及土体-沉管间、柔性接头-管段间的接触非线性因素,最后利用动态显示算法及其关键技术进行了基于高性能计算机的大规模地震响应分析。计算结果描述了地基土-沉管隧道体系在地震荷载作用下的相互作用和整体变形,同时对沉管及柔性接头等关键部位进行了深入分析,从而为沉管隧道的抗震设计研究提供参考。     

沉管隧道地震响应分析的并行计算

采用全三维非线性建模方法建立了沉管隧道总体有限元模型,模型规模上节点总数超过100万,单元总数超过120万。由于系统的非线性,以及地震激励是一种时间历程,沉管隧道地震响应数值模拟的实质是一个超大规模非线性系统的瞬态响应计算问题,因此导致目前在地震安全性评价领域普遍采用的串行算法、串行软件和普通的计算机无法胜任此工作。根据所用超级计算机的体系结构特点,采用并行区域分解算法,通过对沉管隧道总体模型合理分区来进行地震响应分析。地震波载荷选用调幅后的唐山地震波,应用通用的非线性动力分析有限元程序LS-DYNA进行求解,计算结果可为隧道的抗震设计提供有力依据。     

大规模柴油机动力学抗冲击并行仿真计算

针对柴油机动力冲击仿真问题,采用显式动力算法对柴油机复杂结构进行详细建模与精细仿真,并对处于不同工作状态柴油机开展机构运动、动力冲击的单独及综合模拟。为满足计算调试及多组工况所需大规模计算需求,借助高性能计算资源;通过不同计算平台多核并行计算及性能数据比较,分析独特并行加速现象、探求合理并行加速策略。计算表明,动态仿真方法有利于柴油机运动及动力问题一体化研究。该结论可为柴油机类似复杂冲击问题研究提供参考。     

MFX-ANSYS/CFX流固耦合计算及其在“魔方”上的应用

流体和固体之间的耦合作用在工程领域中有非常广泛的应用,对这类问题的求解一直是工程上的难点。本文介绍了一种流固耦合求解方法,采用CFX和ANSYS软件分别对流体域和结构域进行求解,其耦合面的数据交换以MFX-ANSYS/CFX为平台,并通过实例验证了流体和结构之间的耦合效应。同时,基于"魔方"高性能计算平台,探讨了这类问题的并行求解算法以及在不同处理器数目下的计算效率,为该类方法的大规模计算以及更好地发挥并行计算优势提供参考。     

基于高性能计算的CAE技术在大型盾构施工仿真中的应用

为加强盾构施工的风险提示及防范措施,在总结近几年研究成果的基础上,建立大规模三维数值模型,对泥水盾构施工的各种复杂施工步骤和环境因素进行拟实和简化模拟.在模拟过程中使用"曙光"超级计算机和ANSYS并行求解器,保证大量计算工况的前、后处理及求解分析.2条长江隧道的盾构施工数值仿真表明,该方法能有效预测盾构推进引起的土层...     

面向异构超算的结构分析高效并行计算方法

In order to exploit the efficient computing power of many integrated cores on heterogeneous cluster, a multi-level and multi-granularity collaborative parallel computing method is proposed for finite element structural mechanical analysis. Computing tasks are divided into three levels: inter-node parallelism, inter-device parallelism and inter-core parallelism. Through mapping decomposablecomput- ing jobs to different hardware layers of heterogeneous MIC system, the proposed method not only effectively resolves the load balancing problem between CPU and MIC devices, but also significantly reduces the communication overheads of the system. Different engineering simulation case experiments for large scale parallel computing were conducted on “Tianhe 2” supercomputer. Up to 39000 CPU+MIC cores were employed and the finite element size of the analysis was more than 100 million units. Test results show that the proposed method can achieve good speedup and parallel computing efficiency in large scale parallel computing of finite element structural analysis. The optimized adaptation of finite element structural analysis and heterogeneous MIC computing platform is realized, which can provide reference for parallel porting and performance optimization of similar applications.     

盾构刀盘切削的三维并行数值模拟

基于曙光4000A超级计算机和LS-DYNA 970 MPP软件,使用任意拉格朗日–欧拉列式并结合MAT147材料模型和递归坐标对分区域分解算法,对盾构机刀盘刀具对土壤的切割过程进行大规模三维动态仿真,并就计算结果对土壤大变形、刀盘受力以及并行计算效果进行深入分析.     

压力容器壳体CAD软件的研究和开发

采用最新的AutoCAD2000二次开发技术,针对大型石化压力容器壳体的参数化设计问题,成功开发出了壳体CAD专用软件。应用结果表明,该软件不仅可以显著提高设计效率,还可以保证设计质量。     

列车车辆设备安装的过渡件结构优化和应用

对某型号列车车辆下部设备安装的过渡件进行结构分析,发现结构强度冗余较大.为提高材料使用率,减小列车整车整备质量,开展结构轻量化设计研究并提出改进措施.对常用底架设备安装方式进行有限元分析,利用OptiStruct对过渡件进行拓扑优化.根据材料工艺成型特点和结构安全要求对结构进行重新设计,并对新结构进行形状优化,获得最佳优化效果的结构设计方案.