基于panda框架的并行有限元模态分析程序开发和应用

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1、基于PANDA框架的并行有限元模态分析程序开发和应用力提高大型结构振动分析的规模、精度和效率，基于面向对象有限元并行计算框架PANDA和高性能矩阵特征问题并行求解算法，开发出适用于大规模结构振动问题计算的并行有限元模态分析程序；在超级计算机银河Yn和曙光5000A上，通过不同算例验证该程序的正确性和可靠性.以某靶室结构为研究对象演示该程序的应用，指出实际应用时需注意加速收敛和谱变换等关键问题.该程序可作为大型振动工程计算的有效工具.，供学习和研宄使用，己关键词：并行计算框架；有限元；软件幵发；PANDA；模态分析;特征问题TB123；TP311；0242？?A??Developm

2、entandapplicationofparallelprogramforfiniteelementmodalanalysisbasedonPANDALIJian,HAOZhiming,NINGZuogui(InstituteofSystemEngineering,ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900,Sichuan,China)Abstract：Toincreasethescale,precisionandefficiencyoflargestructurevibrationanalysis,basedonfinitee

3、lementparallelcomputationframeworkPANDAandhighperformancealgorithmsofparallelsolutionforeigenvalueproblem,aparallelfiniteelementmodalanalysisprogramisdevelopedforlargescalestructurevibrationproblemscomputation.CorrectnessandreliabilityoftheprogramisverifiedonbothGalaxyYHandDawning5000Asuperco

4、mputers.Takenatargetdronestructureasobject,theapplicationoftheprogramispresented.Severalkeyissuessuchasacceleratingconvergence,spectraltransformationandsoonarepointedoutforpracticalapplicationwiththeprogram.Theprogramcouldserveasaneffectivetoolforcomputationoflarge-scalevibrationengineeringpr

5、oblems.Keywords：parallelcomputationframework;finiteelement:softwaredevelopment:PANDA:modalanalysis;eigenvalueproblem0引言有限元模态分析技术的发展对结构振动分析至关重要.随着现代工程结构的H益复杂、工作环境愈加多样化，人们对结构振动分析的要求也越来越高.其关键和核心是实现大规模、高精度和高效率计算分析，以满足复杂结构设计中越来越高的可靠性和安全性要求.传统的串行计算机、串行版有限元软件以及节点数很少的并行有限元商用软件很难满足这种对大型复杂结构振动问题的分析耍求，因

6、此发展大规模存限元并行模态分析软件具有十分重要的意义.结构模态分析的数学基础是大型稀疏矩阵的广义特征值求解，属于当前国内外一个活跃的研究领域.[1-4]近年来，人们对矩阵特征值问题的并行计算研究比较深入，也提出许多行之有效的并行算法，并开发出一系列高性能特征值问题计算软件包.[5-6]然而，要实现大型复杂工程问题的并行存限元模态分析，仅右矩阵特征值问题并行求解算法还不够，必须将其与有限元分析方法结合起来.过去有较多的工作是基于串行版有限元分析软件的单元处理、整体矩阵组装及前后处理功能，利用并行特征值求解算法替代原串行特征值求解程序，实现模态分析的有限元并行计算.[7-9]其优点是

7、工作量小、可充分借助成熟软件的分析能力，但采用串行方法进行有限元分析难以大幅提高模态分析问题的规模和效率.本文基于并行有限元程序框架PANDA[10]和高性能矩阵特征问题并行求解算法，开发并行有限元模态分析程序，通过不同算例验证程序的正确性和可靠性.1矩阵广义特征值问题的并行求解算法本文重点分析科莱诺夫-舒尔算法，它是当前大型稀疏矩阵特征问题求解的最新、最具效率的算法之一，在Trilinos和SLEPc等著名软件包中均有集成.其特点是将正迭代投影算法、Arnold!分解过程与重启