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随着岩土工程规模的不断扩大、复杂性的增加以及计算参数的多样化和计算精度的提高, 人们对于计算机计算能力的要求越来越高, 然而单处理器无法满足这类大规模计算.从数据输入、区域分解、线性方程组的迭代求解、后处理等方面详细阐述高性能计算平台上并行有限元求解大规模岩土工程的关键问题.提出了利用MPI2的新特性进行海量数据的分段并行读入, 采用ParMetis软件并行地进行区域分解, 实现了前处理过程的完全并行化; 采用基于Jacobi预处理技术的预处理共轭梯度法(PCG)进行线性方程组的并行迭代求解; 采用Paraview软件实现了后处理的并行可视化.在深腾7000系统上对某隧道工程的三维开挖过程进行了数值模拟, 对其并行性能进行了分析和评价, 验证了采用的区域分解算法和系统方程组的求解方法的可行性, 并且具有较高的加速比和并行效率. 相似文献
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建立了二维非恒定渗流的有限元并行计算模型,在windows操作系统下实现了基于消息传递的二维渗流的有限元并行计算。模型采用广义极小残余算法(GMRES)对方程组进行并行迭代求解,通过分析数据执行时的相关性和检验算法结构的固有串行性,将原有串行算法中的算法元直接并行化。对溪洛渡上游围堰的渗流分析进行了并行数值模拟,并针对水位骤降情况下非恒定渗流进行了并行计算,证明了模型的合理性。对模型进行了加速比测定,可以看出并行计算的效率随着问题规模的增加而逐渐提高。 相似文献
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非连续变形分析（DDA）方法严格满足平衡要求和能量守恒,具有完全的运动学及数值可靠性,但对大规模岩土工程问题的数值模拟耗时太长,尤其是线性方程组求解,并行计算可以很好地解决该问题。首先基于DDA方法的基本理论,阐述了适用于DDA方法中的基于块的行压缩法和基于“试验-误差”迭代格式的非零位置记录;其次,引入块雅可比迭代法并行求解DDA方法的线性方程组,并改进了相应的非零存储方法;最后,基于OpenMP实现了DDA线性方程组求解并行计算,并将其应用于地下洞室群的破坏过程分析,以加速比为并行效率的指标评价,结果表明,该并行计算策略可以极大提高DDA的计算效率,而且适合各种规模的问题。 相似文献
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基于粗细网格的有限元并行分析方法 总被引：2，自引：0，他引：2
并行计算己成为求解大规模岩土工程问题的一种强大趋势。探讨了粗细网格与预处理共轭梯度法结合的并行有限元算法。从多重网格刚度矩阵推得有效的预处理子。该算法在工作站机群上实现。用地基处理时土体强夯的数值模拟分析进行了数值测试,对其并行性能进行了详细分析。计算结果表明：该算法具有良好的并行加速比和效率,是一种有效的并行算法。 相似文献
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Munjiza提出的有限元-离散元耦合分析方法（FEDM）是分析岩石破裂过程的一种十分有效的方法。然而,为了克服网格依赖性,需要将岩体剖分成非常细小的三角形单元,且三角形单元之间不共用节点,导致问题的变量数目巨大,计算非常耗时。为了提高计算效率,基于OpenMP(open multi-processing)多核并行技术实现了有限元-离散元法的并行化,克服了并行化过程中存在的数据竞争,实现了并行程序的负载平衡。提出了一套将串行程序并行化的策略,即首先确定串行程序的热点区域,然后尽可能地将热点区域并行化,尽量使用私有变量来规避数据竞争;若各线程间仍存在数据竞争,可采用动态链表数据结构,先将数据存于动态链表中,最后在并行区域外,将存于各个动态链表中的数据进行合并,这样可以规避数据竞争,同时避免了使用临界区或锁,从而提高了程序的并行化效果。开发了并行版本FDEM程序,将所提出的方法用于大规模工程问题的求解,最后通过陡崖塌落的算例说明该方法的有效性。 相似文献
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基于EBE方法的三维有限元并行计算 总被引：4，自引：1，他引：4
在水利工程中,施工过程的模拟、动力的时域分析、开裂计算等,都对大规模并行计算提出了迫切的需求。然而,基于高斯消去的有限元直接解法,通常会占用大量的内存,并花费大量的CPU时间。而水利工程中的问题多为大带宽问题,这些问题更为突出。基于EBE-PCG方法的有限元方法,可以避免形成整体刚度矩阵,进而,显著减少内存的需求。而且,这种方法可以有效地并行实现,为大规模数值计算提供了可能。采用基于EBE策略的Jacobi预处理共轭梯度法,编制了有限元计算程序,并成功应用于溪洛渡、锦屏等工程的大规模数值分析。结果表明,对水利工程中的大带宽问题,该方法是一种很有效的并行计算方法。 相似文献
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讨论了亿万单元有限元模型的可扩展并行计算方法。从软件和硬件两个方面提出了前处理、并行计算方法、程序算法、后处理实现等核心问题的解决方案。采用网格加密方法生成一亿单元的有限元模型,利用对偶原始有限元撕裂内联法（FETI-DP）求解系统方程。基于图论理论建立了子区域间的通讯拓扑关系,实现了子区域间点对点通讯,避免速度慢、通信量大的全局通讯。在自主开发程序基础上,增加相应模块,采用面向对象编程技术和MPI消息传递库开发程序。对一个一亿多单元的工程实例运用5 000核并行计算,得到了超线性加速比。计算结果在专用图形工作站上进行后处理,显示和交互操作速度良好。研究在两方面实现了突破：一是将模型规模提高到了一亿多单元;二是同时调用了5 000个计算核来并行运算,并得到了很高效率。高分辨率有限元并行模拟研究成果可为岩土工程中结构特别复杂、计算区域特别大、地质情况复杂等模拟提供很好的技术方法和实现手段。 相似文献
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《物探化探计算技术》2016,(3)
用fortran语言编程实现了有限元三维大地电磁正演,通过层状介质模型、二维棱柱体模型及三维低阻体模型结果的对比,验证了所编写程序的正确性。首先通过加入第一类边界条件,减少了最终求解方程组的维数,同时对系数矩阵的存储采用非零存储技术,大大降低了对计算机内存的需求;最后在串行程序的基础上,基于MPI实现了频点间的并行,并对一个三维模型进行计算,并行后开启4进程时加速比达到了2.328,有效地减少了所需时间。 相似文献
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为了更好地模拟地下介质连续变化及开展连续介质的反演,对二维电导率分块线性变化的线源频率域可控源电磁法进行了有限元正演模拟,在剖分单元内同时对电场及电导率参数线性插值,使电导率参数在剖分单元之间保持连续变化。首先,提出有限元正演模拟的边值问题及变分问题,并详细论述了有限元的剖分、插值、单元分析及总体合成的各个步骤;其次,采用稀疏存储及基于不完全LU分解的BICGSTAB算法求解复系数方程组,节省了内存并提高了计算速度;然后,对一个均匀半空间模型进行模拟,计算结果表明,低频及高频的有限元数值解都与解析解吻合,证明了算法的正确性;最后,对水平层状模型及垂直断层模型进行正演计算,视电阻率及相位的等值线图均较好地反映出了异常体,说明文中算法能够对电导率连续变化的线源可控源电磁法进行有效地模拟。 相似文献
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Numerically modeling groundwater flow on finely discretized two- and three-dimensional domains requires solution algorithms appropriate for distributed memory multiprocessor architectures. Multilevel and domain decomposition algorithms are appropriate for preconditioning or solving linear systems in parallel and have, therefore, been applied to linear models for saturated groundwater flow. These algorithms have also been incorporated into more complex nonlinear multiphase flow models in the context of a linearization procedure such as Newton's method. In this work, we study a class of parallel preconditioners based on two-level Schwarz domain decomposition applied in a nonlinear two-phase flow numerical model. The restriction and interpolation operators are based on an aggregation approach that has a straightforward implementation for a variety of applications arising in subsurface modeling: structured and unstructured discretizations, finite elements and finite differences, and multicomponent model equations. We present model formulations, results from numerical experiments, and a comparison of a standard one-level Schwarz method to three two-level aggregation-based methods. 相似文献
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基于区域分解法的地下水有限元与边界元耦合模型—淄博市王旺庄水源地地下水数值模拟 总被引：7，自引：4，他引：7
区域分解法（DDM）是20世纪90年代兴起的一种求解偏微分方程的新方法，方法本身独到的耦合思想和高效的并行计算机理，对于求解复杂的、大型的地下水问题具有相当的优势和广阔的应用前景。本文以淄博市王旺庄水源地地下水流模型为例，应用重叠型区域分解法（DDM）构造了边界单元法（BEM）与有限单元法（FEM）耦合模型，在两种数值方法各自优点的基础上，更形象地再现了实际水文地质原型，有效地消除了人为边界造成的流场失真。 相似文献
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This paper presents the computational procedures and solution strategy employed in ParCYCLIC, a parallel non‐linear finite element program developed based on an existing serial code CYCLIC for the analysis of cyclic seismically‐induced liquefaction problems. In ParCYCLIC, finite elements are employed within an incremental plasticity, coupled solid–fluid formulation. A constitutive model developed for simulating liquefaction‐induced deformations is a main component of this analysis framework. The elements of the computational strategy, designed for distributed‐memory message‐passing parallel computer systems, include: (a) an automatic domain decomposer to partition the finite element mesh; (b) nodal ordering strategies to minimize storage space for the matrix coefficients; (c) an efficient scheme for the allocation of sparse matrix coefficients among the processors; and (d) a parallel sparse direct solver. Application of ParCYCLIC to simulate 3‐D geotechnical experimental models is demonstrated. The computational results show excellent parallel performance and scalability of ParCYCLIC on parallel computers with a large number of processors. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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将Monte-Carlo随机方法与并行有限元方法结合,设计了基于PC机群的并行随机有限元算法,每一次随机模拟产生一个随机场,作为一个样本,代入有限元进行稳定性计算,发挥并行有限元计算量大、计算速度快的特点,克服了Monte-Carlo方法计算时间长的缺点。用C++语言结合MPI消息传递接口开发了相应的计算软件,计算了1 000个随机样本的边坡可靠度问题,验证了程序的可靠性及高效性。 相似文献
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Hoek-Brown强度准则的屈服面与塑性势面在棱角处导数无定义,具有数值奇异性,采用圆角进行光滑过渡只能满足一阶导数连续性,而二阶导数仍然无定义,使得棱边上一致切线模量矩阵无法正确计算,导致有限元总体平衡方程组Newton-Raphson隐式迭代二阶收敛性丧失。提出基于C2阶连续函数的广义Hoek-Brown准则屈服面与塑性势面棱角圆化方法,使得棱角处函数曲面二阶连续可导,棱边上一致切线模量矩阵可精确计算。基于ABAQUS数值开发平台,采用FORTRAN语言编制Hoek-Brown准则理想弹塑性UMAT用户子程序,通过数值算例验证所提方法的正确性。 相似文献
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In this paper, a coupling method between finite element and analytical layer‐elements is utilized to analyze the time‐dependent behavior of a plate of any shape and finite rigidity resting on layered saturated soils. Based on the integral transform techniques together with the aid of an order reduction method, an analytical layer‐element solution is derived from the governing equations for three‐dimensional Biot consolidation with respect to a Cartesian coordinate system and then extended to be the fundamental solution for the layered saturated soil under a point load. The Mindlin plate is modeled by eight‐noded isoparametric elements. The governing equations of the interaction between soil and plate in the Laplace‐Fourier transformed domain are deduced by referring to the coupling theory of FEM/BEM, and the final solution is obtained by applying numerical inversion. Numerical examples concerned with the time‐dependent response of a plate are performed to demonstrate the influence of soil and plate properties on the interaction process. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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Implementation of a Locally Conservative Numerical Subgrid Upscaling Scheme for Two-Phase Darcy Flow 总被引：1，自引：0，他引：1
Todd Arbogast 《Computational Geosciences》2002,6(3-4):453-481
We present a locally mass conservative scheme for the approximation of two-phase flow in a porous medium that allows us to obtain detailed fine scale solutions on relatively coarse meshes. The permeability is assumed to be resolvable on a fine numerical grid, but limits on computational power require that computations be performed on a coarse grid. We define a two-scale mixed finite element space and resulting method, and describe in detail the solution algorithm. It involves a coarse scale operator coupled to a subgrid scale operator localized in space to each coarse grid element. An influence function (numerical Greens function) technique allows us to solve these subgrid scale problems independently of the coarse grid approximation. The coarse grid problem is modified to take into account the subgrid scale solution and solved as a large linear system of equations posed over a coarse grid. Finally, the coarse scale solution is corrected on the subgrid scale, providing a fine grid representation of the solution. Numerical examples are presented, which show that near-well behavior and even extremely heterogeneous permeability barriers and streaks are upscaled well by the technique. 相似文献