并行化有限元结构模态分析系统开发与应用

"该资源是一篇2004年的自然科学论文，主要研究了一种基于大规模并行机的有限元结构模态分析集成系统，通过在成熟的有限元软件基础上进行二次开发，实现了模态分析中特征值求解的并行化。论文详细介绍了采用隐式重启动Lanczos算法，基于MPI编写的并行求解程序，以及如何实现与串行分析步骤的无缝集成，以提高分析速度和处理规模。该系统在‘神威I’超级计算机上进行了验证，展示了良好的可行性和效率，特别适用于大型复杂结构的模态分析问题。" 在本文中，作者李丽君和金先龙等人探讨了有限元模态分析在并行计算环境下的优化。模态分析是工程结构振动特性的关键分析技术，对于大型复杂结构如车辆、船舶、建筑等的性能评估至关重要。然而，随着分析需求的增长，传统的串行计算方法在处理大规模问题时显得力不从心。 为了应对这一挑战，研究团队开发了一种新的并行化有限元结构模态分析系统。他们选取了成熟有限元软件的模态分析流程，并将其核心的特征值求解部分转化为并行计算。这一转换是通过针对并行机特性，利用隐式重启动Lanczos算法实现的，这是一种高效的求解大型稀疏矩阵特征值的方法。研究人员编写了基于MPI（Message Passing Interface）的并行程序，使得并行计算可以在分布式内存的并行机上有效地运行。 此外，他们还确保了并行计算程序与其他串行分析步骤的无缝集成，这样不仅提高了整体分析速度，还保持了用户界面的友好性和易用性。通过在“神威I”超级计算机上的实际应用，验证了该并行化系统的加速比和扩展性，证明了其在处理大型CAE软件如MSC/NASTRAN时的效能。 这项工作强调了并行计算在解决有限元模态分析难题中的潜力，为大型商业性有限元软件的并行化提供了新的途径，有助于克服现有技术的局限性，推动了有限元方法和并行计算在振动工程领域的融合与发展。通过这种方式，可以更有效地处理复杂的工程结构问题，提高分析效率，为设计和安全评估提供更准确的数据支持。