基于calculix的有限元并行计算平台的设计与实现

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1、AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandImplementationofCalculix-basedParallelComputingPlatformforFiniteElementCandidate：HuagongWangMajor：ComputerTechnologySupervisor：JianjunHanHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJune,20

2、13独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇

3、编本学位论文。保密□，在____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要随着多核处理器和云计算系统的广泛应用，并行计算不再是计算世界中被束之高阁的偏门领域。有限元求解器，如ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC等作为一种强大的数值分析工具在工程计算领域得到了广泛应用。如何为有限元的发展提供新的解决思路和方法，如何解决大数据环境下复杂有限元计算的效率和准确性问题均是工程界、学术界及行业发展所面临的重要课题。针对上述重要问题，构建实现了基于有限元求解器Calculix的并行计算平台

4、。该平台实现了多核及多节点间的两层并行机制，利用Calculix对多线程的支持，实现了多核间的并行计算；利用MPI在多节点间搭建起分布式的并行计算环境。能够实现对实体数据模型的建模、分析及计算，能够对实际工程领域产生的实际模型数据进行分析。充分考虑了节点间的负载均衡及任务调度情况，用区域划分法实现网格划分，减小负载均衡，用MPI作为实现分布式计算的工具。设计上考虑了计算过程中节点间的相互影响及信息的传递情况，实时地对节点间的状态信息进行交互。整个设计方案及系统实现具有一定的开拓性和发展前景。方案设计思路及采用的方法正确，经测试，达到了功能要求，具有良好的性能。实现中，对有限元求解器进行了部分改

5、造，基于SPOOLES及ARPACK库可进行并行程序的设计，性能相比单纯的MPI+Calculix的计算方式有了很大提高。关键词：有限元方法，并行计算，集群，有限元求解器，消息传递I华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofmulti-coreprocessorsandcloudcomputingsystems,parallelcomputingisnotunpopularresearchareaneglectedinthecomputationfield.Finiteelementanalysisisakindofnumericalanalyseswid

6、elyusedinmodernengineeringfieldslikephysics,aviation,shipdesign,architecture,etc.Finiteelementsolvers,e.g.,ANSYS,ADINA,ABAQUSandMSC,havebecomepowerfulnumericalanalysistoolsfornumerousapplications.Highperformancecomputing(HPC),asoneofthefrontiersofthedevelopmentofcomputerarchitecture,haveplayedanimpo

7、rtantroleinmajorstateissuessuchasnationaleconomy,socialconstructionandresearchesonbigdataanalyses.Ithasbecomeanimportantissueforengineeringdomain,academiccommunityaswellascomputersciencefieldtostudyho