基于cpu-gpu异构平台的实体单元实现与应用

《基于cpu-gpu异构平台的实体单元实现与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文基于CPU-GPU异构平台的实体单元实现与应用REALIZATIONANDAPPLICATIONOFTHESOLIDELEMENTBASEDONCPU-GPUHETEROGENEOUSPLATFORM康海波哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：TU375学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工程硕士学位论文基于CPU-GPU异构平台的实体单元实现与应用硕士研究生：康海波导师：滕军教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据Classified

2、Index:TU375U.D.C:624DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringREALIZATIONANDAPPLICATIONOFTHESOLIDELEMENTBASEDONCPU-GPUHETEROGENEOUSPLATFORMCandidate：KangHaiboSupervisor：Prof.TengJunAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：ArchitecturalandCivilEngineeringAffili

3、ation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高层建筑因其结构复杂，结构中往往存在大量复杂的巨型节点；同时随着高层建筑结构的建模越来越精细化，特别是多尺度分析方法的发展，使用实体单元进行结构动力弹塑性分析已经越来越重要。采用实体单元进行建模分析时，因为实体单元要求模型单元网格划分精细，导致单元数目、模型自由度数和模型整体刚度矩阵巨大，所以对有限元软

4、件的计算能力提出了很高的要求。然而目前国内外有限元分析软件多采用基于CPU串行计算的模式，计算耗时问题突出。兼顾精度和效率成为了利用实体单元进行大规模有限元分析的瓶颈。本文通过利用GPU强大的并行计算能力结合CPU串行计算和逻辑处理能力，建立基于CPU-GPU异构平台的实体单元，实现了利用实体单元模型对结构进行兼顾精度和效率的静力和动力数值分析。主要内容如下：基于CPU-GPU异构平台的实体单元建立。本文基于VisualStudio编译环境，在CUDA架构下构建了CPU-GPU异构计算平台，并根据实体单元理论和钢筋混凝土三维材料本构关系模型理论，编制基于CPU-G

5、PU异构平台的实体单元模型子程序。研究并编写了基于GPU并行计算的单元刚度矩阵并行算法。阐述了异构平台数据前、后处理的方式。成功搭建了可对实体单元模型进行线弹性分析和弹塑性分析的CPU-GPU异构平台。基于CPU-GPU异构平台的实体单元弹性分析。本文采用CPU和GPU混合编程的方法，CPU负责进行数据的前后处理和逻辑算法的执行，GPU负责大规模数据的并行计算。针对静力和动力分析，分别采用了预处理共轭梯度法和Newmark-β法，并结合实体单元理论，编写了可对实体单元模型进行弹塑性分析的有限元分析程序。通过与自编CPU串行计算程序、通用有限元软件ABAQUS计算结

6、果进行对比，验证了基于CPU-GPU异构平台的实体单元程序用于结构弹性分析的精确性和高效性。通过不同单元数下加速比的对比分析了影响异构平台加速性能的因素。基于CPU-GPU异构平台的实体单元弹塑性分析。通过增加编写三维混凝土材料弹塑性本构关系子程序、考虑材料弹塑性的实体单元应力状态子程序和单元刚度更新子程序，完善了CPU-GPU异构平台的实体单元有限元分析程序。并将自编有限元程序应用于实体单元静力和动力弹塑性分析。通过-I-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文算例，与自编的CPU串行计算和通用有限元软件ABAQUS计算结果进行对比，验证了基于CPU-GPU异构平

7、台的实体单元程序用于结构弹塑性分析的精确性和高效性，通过不同单元数下加速比的对比分析了影响异构平台加速性能的因素。结合CPU-GPU异构平台的弹性分析部分，给出了一套针对高层建筑结构抗震、精确高效的、可扩展的实体单元有限元分析异构平台。关键词：实体单元；CPU-GPU异构平台；有限元程序；加速比；弹塑性分析-II-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThestructureofhigh-risebuildingisverycomplex,whichcontainsmanycomplexnodes,suchasbeamandshellelement

8、,thes