High-performance dune modules for solving large-scale, strongly anisotropic elliptic problems with applications to aerospace composites
High-performance dune modules for solving large-scale, strongly anisotropic elliptic problems with applications to aerospace composites
复制标题
高性能沙丘模块，用于解决大规模、强各向异性椭圆问题及其在航空航天复合材料中的应用
DOI：
10.1016/j.cpc.2019.106997
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发表时间：
2020
影响因子：
6.3
通讯作者：
Butler R
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Butler R
本文的主要创新点是用indune-pdelab实现了一个开源的、高性能的高对比度、强各向异性椭圆型偏微分方程组迭代求解器。迭代求解器利用了一种健壮、可扩展的两级加性Schwarz预处理器Geneo(Spillane等人，2014)。这种求解器的开发是为了克服商用建模工具在解决航空航天复合材料应用中的结构分析模拟问题时的局限性。我们的软件工具箱沙丘组合将底层包的数学复杂性封装在一个高效的C++框架中，为我们新的高性能求解器提供了一个应用程序接口。我们在一系列工业驱动的例子中说明了它的使用，这应该使其他科学家能够在沙丘化合物和Geneo预处理剂的基础上进行扩展，以便在他们自己的应用中使用。我们在英国国家超级计算机Archer的15,000多个核心上演示了该求解器的可扩展性，在几分钟内解决了一个具有超过2亿个自由度的航空航天复合材料问题。这种计算规模将原本不可想象的合成问题带入了可行的范围。为了展示新求解器的更广泛的适用性，我们还在SPE10上证实了求解器的健壮性和可伸缩性，SPE10是地下流动/油藏模拟中具有挑战性的基准。程序概述程序标题：沙丘-复合材料程序文件doi:http://dx.doi.org/10.17632/96mtdcmjsb.1Licensing条款：BSD 3-条款编程语言：C++问题的性质：沙丘-复合材料旨在求解各向异性、非均质材料(如复合材料)的各向异性线性弹性方程。为了实现这一点，我们还实现了一个新的预条件算子INDUNE-PDLAB。求解方法：用有限元方法求解各向异性椭圆型偏微分方程组。得到的线性系统通过迭代求解器求解，该迭代求解器带有健壮的、可伸缩的两级重叠Schwarz预条件：Geneo。
The key innovation in this paper is an open-source, high-performance iterative solver for high contrast, strongly anisotropic elliptic partial differential equations implemented withindune-pdelab. The iterative solver exploits a robust, scalable two-level additive Schwarz preconditioner, GenEO (Spillane et al., 2014). The development of this solver has been motivated by the need to overcome the limitations of commercially available modelling tools for solving structural analysis simulations in aerospace composite applications. Our software toolboxdune-compositesencapsulates the mathematical complexities of the underlying packages within an efficient C++ framework, providing an application interface to our new high-performance solver. We illustrate its use on a range of industrially motivated examples, which should enable other scientists to build on and extenddune-compositesand the GenEO preconditioner for use in their own applications. We demonstrate the scalability of the solver on more than 15,000 cores of the UK national supercomputerArcher, solving an aerospace composite problem with over 200 million degrees of freedom in a few minutes. This scale of computation brings composites problems that would otherwise be unthinkable into the feasible range. To demonstrate the wider applicability of the new solver, we also confirm the robustness and scalability of the solver on SPE10, a challenging benchmark in subsurface flow/reservoir simulation.Program summaryProgram Title:dune-compositesProgram Files doi:http://dx.doi.org/10.17632/96mtdcmjsb.1Licensing provisions:BSD 3-clauseProgramming language:C++Nature of problem:dune-compositesis designed to solve anisotropic linear elasticity equations for anisotropic, heterogeneous materials, e.g. composite materials. To achieve this, our contribution also implements a new preconditioner indune-pdelab.Solution method:The anisotropic elliptic partial differential equations are solved via the finite element method. The resulting linear system is solved via an iterative solver with a robust, scalable two-level overlapping Schwarz preconditioner: GenEO.
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