[硕士论文] 博士学位论文-三维进化弹塑性并行有限元反分析系统研究 [复制链接]

资料简介：
博士学位论文 三维进化弹塑性并行有限元反分析系统研究(附原译文,正文共101页,35157字)
目   录
声  明    I
摘  要    II
ABSTRACT    III
第一章  绪论    1
1.1 论文研究的背景和意义    1
1.2 并行计算机简介    3
1.2.1 指令与数据流分类    3
1.2.2 共享存储MIMD并行机    4
1.2.3 分布共享存储MIMD并行机    5
1.2.4 分布存储MIMD并行机    6
1.3有限元并行计算发展概况    8
1.3.1 SIMD系统上有限元计算发展概况    8
1.3.2 MIMD系统上并行有限元发展概况    8
1.4岩体参数反分析方法研究进展    10
1.4.1基于梯度搜索算法参数反分析方法    10
1.4.2基于人工神经网络参数反分析方法    11
1.4.2基于遗传算法参数反分析方法    11
第二章 基于MPI的网络并行计算    13
2.1引言    13
2.2 COW的构建    13
2.2.1硬件设备    13
2.2.2软件系统    15
2.2.3 COW并行机群系统的优点    15
2.2.4 COW实例    16
2.3 并行编程环境    17
2.3 1 PVM    19
2.3 1 MPI    19
2.4基于MPI的并行程序设计    20
2.4.1任务划分    20
2.4.2 MPI函数简介    21
2.4.3 MPI通信方式    22
2.5并行算法的性能参数    24
2.5.1并行度和粒度    24
2.5.2加速比与效率    25
2.6 RsmVPC性能测试    25
第三章 区域分解并行有限单元法    28
3.1引言    28
3.2区域分解算法    28
3.2.1经典Schwarz交替法    29
3.2.2并行Schwarz算法    30
3.2.3无重叠型区域分解算法    31
3.2.4有限元网格的区域分解    32
3.3基于区域分解的并行有限元算法    33
3.4线性方程组并行求解    34
3.5总体刚度矩阵存储及算法实现    35
3.5.1稀疏矩阵的CSR压缩存储方式    35
3.5.2总体刚度矩阵组集方式    36
3.5.3 CSR矩阵类设计    37
3.6预处理共轭梯度法    38
3.6.1预处理技术    38
3.6.2预处理共轭梯度法迭代串行算法    39
3.6.3预处理共轭梯度法迭代并行算法    40
3.6.4 Slover求解器类设计    42
3.7数值算例    43
第四章 岩土工程并行有限元程序设计    46
4.1引言    46
4.2非线性有限元方程组的解法    47
4.2.1切线刚度法    47
4.2.2常刚度迭代法    48
4.2.3修正切线刚度法    48
4.2.4并行化非线性迭代    49
4.3岩土材料弹塑性理论    50
4.3.1线弹性应力应变关系    50
4.3.2屈服条件    50
4.3.3有限元程序矩阵公式    51
4.3.4弹塑性本构数值积分格式    52
4.4弹塑性并行有限元及程序结构    53
4.4.1并行有限元程序设计    54
4.4.2面向对象并行有限元程序设计    54
4.5锚固支护并行计算分析    57
4.5.1杆单元计算模型    58
4.5.2组合单元计算模型    59
4.5.3组合单元并行计算方法    61
4.6开挖过程并行计算分析    63
4.6.1应力释放法    63
4.6.2虚拟单元法    64
4.6.3并行程序设计    65
第五章 工程并行计算实例    68
5.1引言    68
5.2地下巷道锚固支护并行计算    68
5.3水布垭地下洞室锚固支护计算    73
5.4水布垭工程三维并行弹塑性分析    76
第六章 进化并行有限元反分析方法研究    84
6.1引言    84
6.2遗传算法    85
6.2.1遗传算法基本操作    85
6.2.2遗传算法主要参数    86
6.3基于并行有限元的进化位移反分析法    86
6.3.1个体的广播    87
6.3.2适应值选取及计算    87
6.3.3算法分析    88
6.3.4程序实现    90
6.4数值算例    91
6.4.1材料参数E的并行弹性及弹塑性反演    91
6.4.2水布垭电站地下厂房并行有限元位移反分析    95
第七章 结论与展望    99
7.1全文总结    99
7.2展望    100
参考文献    102
摘  要
随着国家基础建设的不断发展，越来越多大型、超大型岩土工程相继上马，这些工程不仅规模越来越大，而且其复杂程度也越来越高。传统的基于单机的有限元求解不仅面临着超大的自由度，而且还涉及到复杂的非线性本构关系，计算时间长、精度低已经成为人们不得不面对的一个问题。
区域分解算法是在并行机上求解偏微分方程数值解的一种方法。该方法先将偏微分方程求解区域划分为若干个子区域，然后在各个子区域并行求解。随着计算机及网络技术的发展，组建PC机联网的计算机群为人们提供了一个高效率的并行计算平台。本文在此背景下，对如何充分利用现有的计算资源，获得高效的有限元计算效率进行了研究。围绕这一问题，开展了以下几个方面的研究：
1)结合区域分解算法的特点，引入锚固组合单元来模拟岩土工程中锚杆的加固效果，采用虚拟单元法模拟岩土工程开挖过程，结合大型稀疏矩阵方程组的并行共轭梯度算法，编制了基于Windows操作系统，适用于PC机群的岩土工程并行有限元计算程序。
2)结合遗传算法和区域分解并行有限元算法，设计了进化并行有限元反分析算法，计算采用主—从并行模式，可根据测点的位移监测信息快速反演岩体的力学参数。
3)并行程序开发采用面向对象的方式，其中包含了单元、材料、荷载、求解器、遗传算法等有限元类库，通过类库的管理可以方便地对程序进行维护和扩充。
4)对水布垭电站尾水洞开挖断面锚固效果进行了并行有限元计算，分析了锚杆的加固效果及并行加速比；水布垭电站尾水洞阶段施工开挖工程计算规模大（百万单元）、开挖步多（20步），通过对其进行三维并行弹塑性分析，实现了在PC机群上完成海量计算的目的；最后对水布垭地下厂房岩层参数进行了并行反演计算。
关键词： 并行有限元 区域分解 遗传算法 反分析 岩土工程

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• 博士学位论文-三维进化弹塑性并行有限元反分析系统研究
• 东北大学茹忠亮-工程力学博士论文
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• 目    录.doc  [50.00KB]
• 第一章绪论.doc  [477.00KB]
• 第七章 结论与展望.doc  [55.00KB]
• 第三章 基于区域分解并行有限元1.doc  [4.68MB]
• 第二章 基于MPI的网络并行计1.doc  [208.00KB]
• 第五章 工程并行计算实例.doc  [1.60MB]
• 第六章 岩体力学参数识别的并行有限元法.doc  [478.50KB]
• 第四章 岩土工程并行有限元程序设计.doc  [611.50KB]