專利名稱：基于網(wǎng)格計(jì)算的巖土工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程結(jié)構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域，特別涉及一種基于網(wǎng)格計(jì)算的巖土工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析方法。
背景技術(shù)：
高性能計(jì)算對(duì)于巖土工程的方案的選擇和災(zāi)害的預(yù)測(cè)都具有重要的指導(dǎo)意義。隨著巨型工程規(guī)模越來越大，涉及到的問題也越來越復(fù)雜，計(jì)算的精度和速度要求也越來越高。而傳統(tǒng)的串行甚至單個(gè)并行機(jī)的并行計(jì)算方法都很難無(wú)法滿足工程的需要。串行程序受到CPU和內(nèi)存大小的限制，計(jì)算規(guī)模和計(jì)算速度都不能滿足需求。而單并行機(jī)的并行計(jì)算雖然計(jì)算規(guī)模和速度相對(duì)有了很大的提高，但也同樣受到并行機(jī)硬件環(huán)境的影響，不能提供更強(qiáng)大的計(jì)算支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種基于網(wǎng)格計(jì)算的巖土工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析方法。
本發(fā)明方法包括上層和下層兩部分。上層是基于任務(wù)部分，遵循WSRF的WebService，數(shù)據(jù)由本地通過GridFTP協(xié)議向計(jì)算結(jié)點(diǎn)傳遞，以web形式提供用戶使用。下層是基于子任務(wù)部分，使用MPI的并行有限元程序，協(xié)同使用分布在網(wǎng)格上的計(jì)算資源，充分有效地利用資源提高計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，程序具有可靠的移植性和通用性。
其中MPI并行采用區(qū)域分解算法，可以根據(jù)需要將工程結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行任意數(shù)量的自動(dòng)分割，在任務(wù)分解時(shí)考慮了負(fù)載的平衡，每一個(gè)子區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，只需要與相鄰子區(qū)域交換邊界信息。
有限元法中考慮了巖土材料的非均勻性特點(diǎn)，采用預(yù)條件子并行穩(wěn)定雙共軛梯度法，能夠有效快速求解千萬(wàn)階有限元方程組。有限元法的表達(dá)式如下r0＝b-Ax0；p0＝r0(r0，r0)≠0式中x0——初始值。
根據(jù)上式計(jì)算下面的方程組
計(jì)算過程中如果rk+1＜ε則停止迭代。
本發(fā)明獲取了高性能計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，并擴(kuò)大了計(jì)算規(guī)模，提高了分析精度和計(jì)算速度。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明方法包括上層和下層兩部分。上層是基于任務(wù)部分，遵循WSRF的WebService，數(shù)據(jù)由本地通過GridFTP協(xié)議向計(jì)算結(jié)點(diǎn)傳遞，以web形式提供用戶使用。下層基于子任務(wù)部分，使用MPI的并行有限元程序，協(xié)同使用分布在網(wǎng)格上的計(jì)算資源，充分有效地利用資源提高計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，程序具有可靠的移植性和通用性。
其中MPI并行采用區(qū)域分解算法，可以根據(jù)需要將工程結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行任意數(shù)量的自動(dòng)分割，在任務(wù)分解時(shí)考慮了負(fù)載的平衡，每一個(gè)子區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，只需要與相鄰子區(qū)域交換邊界信息。
有限元法中考慮了巖土材料的非均勻性特點(diǎn)，采用預(yù)條件子并行穩(wěn)定雙共軛梯度法，能夠有效快速求解千萬(wàn)階有限元方程組。有限元法的表達(dá)式如下r0＝b-Ax0；p0＝r0(r0，r0)≠0式中x0——初始值。
根據(jù)上式計(jì)算下面的方程組 計(jì)算過程中如果rk+1＜ε則停止迭代。
本實(shí)例的網(wǎng)格平臺(tái)由計(jì)算峰值6500億次IBM 1350集群系統(tǒng)、1500億次IBM P690并行機(jī)系統(tǒng)以及多臺(tái)IBM P630組成的峰值計(jì)算能力不低于8000億次的核心計(jì)算環(huán)境和存儲(chǔ)能力超過6TB的硬件環(huán)境組成，本實(shí)例的計(jì)算規(guī)模突破了三百萬(wàn)網(wǎng)格千萬(wàn)自由度。
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)格計(jì)算的巖土工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析方法，包括上層和下層兩部分，其特征在于上層是基于任務(wù)部分，遵循WSRF的Web Service，數(shù)據(jù)由本地通過GridFTP協(xié)議向計(jì)算結(jié)點(diǎn)傳遞，以web形式提供用戶使用；下層是基于子任務(wù)部分，使用MPI的并行有限元程序，程序具有可靠的移植性和通用性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于網(wǎng)格計(jì)算的巖土工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析方法，其特征在于所述的MPI并行采用區(qū)域分解算法，可以根據(jù)需要將工程結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行任意數(shù)量的自動(dòng)分割，在任務(wù)分解時(shí)考慮了負(fù)載的平衡，每一個(gè)子區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，只需要與相鄰子區(qū)域交換邊界信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的所述的一種基于網(wǎng)格計(jì)算的巖土上程結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)系統(tǒng)的分析方法，其特征在于所述的有限元法采用預(yù)條件子并行穩(wěn)定雙共軛梯度法，表達(dá)式如下r0＝b-Ax0；p0＝r0(r0，r0)≠0式中x0——初始值，根據(jù)上式計(jì)算下面的方程組 計(jì)算過程中如果rk+1＜ε則停止迭代。
全文摘要
一種基于網(wǎng)格計(jì)算的巖土工程結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析方法，包括上層和下層兩部分，上層是基于任務(wù)部分，遵循WSRF的Web Service，數(shù)據(jù)由本地通過GridFTP協(xié)議向計(jì)算結(jié)點(diǎn)傳遞，以web形式提供用戶使用；下層是基于子任務(wù)部分，使用MPI的并行有限元程序，程序具有可靠的移植性和通用性。MPI并行采用區(qū)域分解算法，可以根據(jù)需要將工程結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行任意數(shù)量的自動(dòng)分割，在任務(wù)分解時(shí)考慮了負(fù)載的平衡，每一個(gè)子區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，只需要與相鄰子區(qū)域交換邊界信息。有限元法采用預(yù)條件子并行穩(wěn)定雙共軛梯度法。本發(fā)明方法獲取了高性能計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，并擴(kuò)大了計(jì)算規(guī)模，提高了分析精度和計(jì)算速度。
文檔編號(hào)G06F17/00GK101082902SQ20061004675
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者唐春安, 張永彬, 梁正召, 李連崇 申請(qǐng)人:東北大學(xué)