基于OpenMP的二维有限元-离散元并行分析方法-论文.pdf

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1、第35卷第9期岩土力学、，01-35NO．92014年9月RockandSoilMechanicsSept．2014文章糖号l1000-7598(2014)09-2717-08基于OpenMP的二维有限元一离散元并行分析方法严成增，郑宏，孙冠华，葛修润(中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉430071)摘要。Munjiza提出的有限元一离散元耦合分析方法(FEDM)是分析岩石破裂过程的一种十分有效的方法。然而，为了克服网格依赖性，需要将岩体剖分成非常细小的三角形单元，且三角形单元之间不共用节点，导致问题的变量数目巨

2、大，计算非常耗时。为了提高计算效率，基于OpenMP(openmulti—processing)多核并行技术实现了有限元一离散元法的并行化，克服了并行化过程中存在的数据竞争，实现了并行程序的负载平衡。提出了一套将串行程序并行化的策略，即首先确定串行程序的热点区域，然后尽可能地将热点区域并行化，尽量使用私有变量来规避数据竞争；若各线程问仍存在数据竞争，可采用动态链表数据结构，先将数据存于动态链表中，最后在并行区域外，将存于各个动态链表中的数据进行合并，这样可以规避数据竞争，同时避免了使用临界区或锁，从而提高了程序的并行化效果。开发了并行版本F

3、DEM程序，将所提出的方法用于大规模工程问题的求解，最后通过陡崖塌落的算例说明该方法的有效性。关键词；有限元一离散元法；并行计算；负载均衡中图分类号：0241文献标识码：AParallelanalysisoftwo--dimensionalfinite·-discreteelementmethodbasedonOpenMPYANCheng-zeng，ZHENGHong，SUNGuan-hua，GEXiu—lUll(StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnica]Engineering，Insti

4、tuteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan430071，China)Abstract：Thecouplingmethodoffinite—discreteelementmethod(FDEM)byMunjizaisaNefectiveprocedureforsimulatingrockfailure．Inordertoovercomethemeshdependenc~itisnecessarytopartitiontherockmassintoverysmalltria

5、ngularelements；andtheelementsdonotsharethenodes，creatingavastnumberofvariables，therefore，thecalculationisverytimeconsuming．Themethodovercomescompetitionamongtheexistingdataintheparallelizationandbalancesloadsinaparallelprogram．Asetofstrategiesforparallelizingserialprograms

6、areproposed，determiningthehotzonesoftheserialprogram，thenparallelizingthehotzonesasfaraspossibleandusingasmanyprivatevariableaspossibletOcircumventcompetition．Iftherearestilldatacompetitionamongthetreads，dynamiclistscanbeusedtostorethesecompetitivedata．Finally,thedatastore

7、dinthevariousdynamiclistsaremergedoutsidetheparallelzones．DatacompetitionisaccordinglyavoidedwithNOuseofcriticalsectionorlock；andtheefectoftheprogramparallelizationishenceincreased．Bytheproposedmethod，theparallelversionoftheFDEMprogramisdeveloped，whichcanbeusedtosolvelarge

8、-scaleproblem．Anumericalexampleaboutclifscollapseshowstheefectivenessoftheproposedmethod．