多核分布式下大规模结构动力分析的分层并行计算策略

大规模并行结构动力分析分层计算方法（2014年）是一项针对多核分布式存储超级计算机兴起背景下，对结构动力学问题进行高效并行处理的研究。随着高性能计算的发展，这种新型计算环境为解决大规模复杂结构动力学问题提供了可能。论文主要围绕隐式动力分析的区域分解法展开，提出了创新的两级分区和两次缩聚策略。 传统的区域分解法通常将结构模型划分为多个独立的子区域，每个子区域在各自的处理器上独立求解，然后通过接口方程交换信息。然而，这种方法可能会导致界面方程的收敛速度较慢，且通信开销较大。为了改进这些问题，本文方法通过两级分区，即先将模型划分为更细粒度的子区域，然后再将这些子区域进一步划分，这有助于减小界面数量，从而加快收敛速度。 两次缩聚策略则是指在第一次划分后，对部分子区域进行合并，形成一个更接近于全局解决方案的层次结构。这样做不仅可以优化求解效率，还减少了数据传输的需求，进而提升了通信效率。这种方法的关键优势在于它保持了精确性，没有对有限元模型进行近似处理，因此适用于精确的动力子区域分层计算。 作者们通过对典型数值算例的对比分析，证明了这种方法与商业软件ANSYS的完全法求解结果具有相当的精度。此外，与传统区域分解法相比，新的分层计算方法在并行性能上表现优越，能够充分利用分布式存储并行计算机的计算能力，显著提高了计算效率。 本文的研究不仅在理论上推进了大规模并行结构动力分析的计算技术，也为实际工程应用提供了有效的解决方案。它结合了并行计算、有限元分析和动力分析领域的最新进展，对促进高性能计算在工程领域中的广泛应用具有重要意义。该研究成果得到了国家863高技术研究发展计划和国家自然科学基金的支持，显示了其在科研领域的前沿性和价值。