基于gpu的冲压成形快速计算方法

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1、中国机械工程第21卷第1o期2010年5月下半月基于GPU的冲压成形快速计算方法王建华李光耀李胜。孙光永伍广1．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，长沙，4100832．北京大学，北京，100871摘要：为了解决计算时间过长这一制约有限元计算在实际工程中应用的瓶颈问题，提出了一种利用现有的图形处理器(GPU)和可编程序的着色渲染语言(cG)加速有限元计算的方法。该方法按照GPU的特点设计出了单元信息表示方法，实现了单元内力计算的同步，克服了以往利用CPU进行有限元计算时程序并行程度不高的缺点。研究结果

2、表明，针对板料成形问题的仿真计算效率提高了近lO倍，大大缩短了计算所需的时间，对解决实际工程问题具有应用价值。关键词：有限元；单元；节点；并行；图形处理器中图分类号：TP399文章编号：1O04—132X(2010)10—1222一O6RapidSimulationofSheetFormingBasedonGPUWangJianhuaLiGuangyaoLiShengSunYongguangWuGuang1．StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufacturingf

3、orVehicleBody，HunanUniversity，Changsha，4100832．PekingUniversity，Beiiing，100871Abstract：Inordertoeliminatethe1astingcalculationbottleneckonapplicationoffiniteelement，weproposedanewmethodtoacceleratethecomputationofFEMbyusingtheexistingmodernGPUandprogrammabl

4、eshadingtoo1．InaccordancewiththefeaturesofGPU，wedevisedamethodrepresentingunitinformationandinitialconditions，whichconvertedalltheunitcalculationsintorenderingprocess．Inthisway．thesimulationworkofalItheunitcalculationoftheinternaIforcewilIbesolved．andthesho

5、rtcomingsof1OWlYparallellevelappearedeverbeforewhenitruninasinglecomputercanbeovercome．Studiesshowthatthismeancanimproveefficiencyandshortencalculatinghoursgreatly．Aimedattheelasticityproblemoflargenumbercellsinasheetmetal，theGPUparallelsimulationcalculatio

6、nratewil1befasterthanthatbyusingtheCPU’S。aswel1asithasusefulandpracticalvalueinsolvingtheprojectproblems．Keywords：finiteelement；cell；node；parallel；graphicprocessingunit(GPU)0引言为了提高计算速度，前期科研人员已经做了有限元广泛应用于实际工程中的各个领域，大量的研究工作，包括算法改进(如减基法，使计目前存在两个制约有限元进一步在应用中推广的

7、算速度提高百分之几十)和硬件的改进(使用关键问题：一是计算效率问题；二是计算准确度问CPU多核并行计算以提高计算速度)，但是计算题。由于计算准确度问题涉及有限元理论本身，效率的提高还是不能完全满足实际工程的需要。故本文暂不考虑计算准确度的问题，仅集中讨论如果能够在大型计算机上利用多CPU分块如何有效缩短有限元计算时间这一关键问题。并行计算的基础上将并行程度更进一步提高，就到目前为止几乎所有的有限元计算程序都是有希望解决计算时间这一制约有限元进一步推广利用计算机的中央处理器(CPU)来进行的，有限应用的瓶颈问题

8、，本文提出了一种利用图形处理元计算过程需要反复迭代计算，一个复杂的问题器(GPU)进行有限元计算加速的方法。利用需要花很长的时间来进行计算。这对于实际工程GPU实现计算加速已经应用到了很多领域l_1j，特别是图像处理领域尤其突出l3j。近几年科学应用而言是无法容忍的缺点，也完全不能满足实际工程的需要。计算也初步应用到了GPUl_5]，但是到目前为止还没有文献提出利用GPU加速有限元成形仿真模收稿日期