基于FVM在异构平台下的声发射信号软件设计实现

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1、硕士学位论文基于FVM在异构平台下的声发射信号软件设计实现DESIGNANDIMPLEMENTATIONOFANACOUSTICEMISSIONSIGNALSIMULATIONSOFTWAREBASEDONTHEFINITEVOLUMEMETHODINHETEROGENEOUSCOMPUTINGSYSTEM刘瀚宸哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP274.5学校代码：10213国际图书分类号：681密级：公开工学硕士学位论文基于FVM在异构平台下的声发射信号软件设计实现硕士研究生：刘瀚宸导师：王艳教

2、授申请学位：工学硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP274.5U.D.C:681DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFANACOUSTICEMISSIONSIGNALSIMULATIONSOFTWAREBASEDONTHEFINITEVOLUMEMETHODINHETEROGENEOUSCOMPUTINGSYSTEMCandid

3、ate：LiuHanChenSupervisor：Prof.WangyanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：DepartmentofControlScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘

4、要随着我国科技的腾飞，轨道探伤成为了保障高速列车行驶安全的重要技术。一方面，声发射AE（AcousticEmission）检测技术因具备无损检测的特点和动态监测伤损缺陷的优势被广泛应用，弹性动力波的数值仿真是声发射检测技术的重要组成部分。另一方面，其计算效率问题也是研究的关键，异构计算的高速发展使大规模运算可以获得更高效的收益。本课题所关注的主要问题是声发射源产生的弹性动力波的仿真实现和仿真效率。本文通过研究FVM有限体积法的离散网格数值模拟过程，利用常应变三角形网格、平行四边形网格、常应变四面体网格、平行六面

5、体网格以及平面和空间混合离散网格，实现了弹性波的多类型数值计算仿真并通过观测点输出了声发射检测所需的多种特征信号。在有限体积法串行计算数值仿真的基础上，采用CPU-GPU异构计算的高速处理模式，完成了有限体积法的异构算法软件设计实现，其主要方式是结合CPU的高效逻辑能力和GPU的高速运算能力，完成弹性波的数值分析过程。本文详尽阐述了在异构平台下声发射信号模拟的程序设计方法，包括前端的数据访存、数据管理、分析处理和后端的内核函数迭代计算仿真等步骤。通过合理的异构方式和线程引用极大的提高了数值计算的仿真速度。分析了

6、GPU设备端的硬件结构和编程拓展语言方式，通过优化访存和程序设计进一步提高了FVM的数值计算仿真效率。通过与商业有限元软件的结果进行对比，验证了本文设计的基于有限体积法的异构计算方法具有准确性和高效性。关键词：弹性波；FVM；异构计算；CUDA；OpenCLI哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnologyinChina,trackflawdetectionhasbecomeanimportanttechnologytoen

7、surethesafetyofhigh-speedtrains.Ontheonehand,AE(AcousticEmission)detectiontechnologyiswidelyusedbecauseofthecharacteristicsofnon-destructivetestingandtheadvantagesofdynamicmonitoringofdamagedefects.Thenumericalsimulationofelasticdynamicwaveisanimportantparto

8、facousticemissiondetectiontechnology.Ontheotherhand,itscomputationalefficiencyisalsothekeytoresearch.Therapiddevelopmentofheterogeneouscomputingenableslarge-scaleoperationstogetmoreefficientretu