千万自由度量级并行有限元模态和振动分析软件研发

批准号:
11472256
项目类别:
面上项目
资助金额:
75.0 万元
负责人:
范宣华
依托单位:
学科分类:
A0813.计算固体力学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖世富、吴永科、吴瑞安、方叶、谢珂、王柯颖、杨璞
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中文摘要
千万自由度以上的大规模有限元动力学分析在光机装置、武器系统等复杂装备研制过程中具有强烈的应用需求。随着大型装备复杂性的不断增加和精度、可靠性等要求的提高,对模态和振动分析求解规模和效率的要求也不断提高。国内现有商业软件在计算规模、效率及算法等方面受到了很大限制。本课题以大型装备的高效动力学分析为背景,基于Krylov-Schur、Jacobi-Davidson两种主流特征值算法和振型叠加法,在JAUMIN框架上研发模态和振动分析并行软件。通过研究和添加谱变换技术、大型线性方程组求解技术以及收缩和重启动技术等提升算法计算规模;通过研究系统矩阵剖分策略、软件体系架构以及软硬件匹配等提升算法的并行可扩展性。最终将研发的软件应用于光机装置等复杂装备,实现其千万自由度以上、数千CPU核的高效模态和振动分析并行计算,突破现有商业软件计算规模和效率等瓶颈问题。
英文摘要
In the development of large equipments such as the laser facility support structure and weapon systems, the demand for large-scale (over ten million degrees of freedom) parallel finite element dynamic analysis is very strong. The increasing complexity of large equipments, as well as their high requirements for precision and reliability, have made the solution scale of modal analysis become larger and larger, and a faster solving velocity is needed. The domestic commercial soft wares for modal analysis are limited due to their lower computing scale, poor efficiency and outdated algorithms. In this study, we take the dynamic analysis of large equipments as engineering backgrounds and develop the modal and vibration analysis software on the JAUMIN framework. Two predominant eigenvalue algorithms (i.e. Krylov-Schur and Jacobi-Davidson) and the mode superposition method are used for the corresponding algorithm designs. Some solving techniques such as spectral transformation, solution of large-scale linear systems, deflation and restarting techniques will be studied and added to heighten the computing scale. Also,we heighten the parallel scalability via the studies of matrix decomposition strategy, software framework design,as well as the matching between software and hardware. The finally formed software will be applied to the dynamic analysis of the laser facility support structures and other large equipments, where we'll realize the parallel mode and vibration solution with over ten million freedoms of degree and thousands of CPU processors. The bottleneck difficulties of solution scale and efficiency for domestic commercial soft wares will be prospectively broken by our endeavor.
千万自由度以上的大规模有限元动力学分析在光机装置、武器系统等复杂装备研制过程中具有强烈的应用需求。随着大型装备复杂性的不断增加和精度、可靠性等要求的提高,对模态和振动分析求解规模和效率的要求也在不断提高。国内现有商业软件在计算规模、效率及算法等方面受到了很大限制。本项目以大型装备的高效动力学分析为背景,基于Krylov-Schur、Jacobi-Davidson两种主流特征值算法和振型叠加法,在JAUMIN框架上研发模态和振动分析并行软件,并将研发的软件应用于光机装置等复杂装备,实现其千万自由度以上、数千CPU核的高效模态和振动分析并行计算。. 经过四年项目组的努力,以上研究内容均已完成。通过研究和添加谱变换技术、大型线性方程组求解技术以及收缩和重启动技术等,对两种主流特征值算法进行了改进和优化,形成了针对大规模模态分析的并行算法设计,并在JAUMIN框架中对算法进行了实现和集成;结合模态分析取得的研究成果,基于振型叠加法开展了算法理论研究,并开发了频响分析和随机振动并行分析软件。采用大量的数值算例对研发软件的正确性和并行可扩展性等进行了充分验证;基于大型光机装置模型开展了软件应用研究,取得了“上亿自由度、上万核”的超大规模并行计算能力,其中千万自由度规模的模态分析求解时间最快可在十余分钟内完成,上亿自由度万核相对千核的并行效率达50%以上,获得的技术指标超出项目拟定研究目标。. 相关研究取得的计算能力超出国内商业有限元软件1~2个量级,较好解决了复杂装备动力学分析中的计算规模和效率等瓶颈问题,对高性能动力学数值模拟起到了较好的带动作用,申请人于2018年再次获得了自然科学基金面上项目的持续资助。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2017
期刊:复杂系统与复杂性科学
影响因子:--
作者:肖世富;陈红永;牛红攀
通讯作者:牛红攀
DOI:10.1115/1.4035776
发表时间:2017-09
期刊:Journal of Tribology-transactions of The Asme
影响因子:2.5
作者:Dong Wang;Chao Xu;Q. Wan
通讯作者:Dong Wang;Chao Xu;Q. Wan
DOI:--
发表时间:2018
期刊:强激光与粒子束
影响因子:--
作者:陈学前;沈展鹏;刘信㤙
通讯作者:刘信㤙
DOI:--
发表时间:2017
期刊:强激光与粒子束
影响因子:--
作者:胡杰;范宣华;陈学前
通讯作者:陈学前
DOI:10.16182/j.cnki.joss.2015.08.009
发表时间:2015
期刊:系统仿真学报
影响因子:--
作者:陈红永;范宣华;王柯颖;方叶;肖世富
通讯作者:肖世富
数亿自由度超大规模结构动力学并行有限元软件研发
- 批准号:11872059
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:范宣华
- 依托单位:
国内基金
海外基金
