面向复杂装配体模型的两级并行曲面网格生成

针对实际工程应用中的大规模数值模拟需求,面向复杂几何装配体模型,提出一种适配高性能计算机分布式共享存储体系的两级并行曲面网格生成方法。首先提取几何模型的关键特征,基于关键特征构建网格尺寸场并预估出每个几何实体内的网格规模大小;然后基于模型几何实体的相邻关系和预估的网格规模建立模型实体间的邻接关系图,通过图剖分算法将几何模型分解为不同的子模型,将子模型分配到不同的进程内;最后在各进程内按照“点-线-面”的顺序依次并行生成点网格、线网格和面网格。在曲面网格并行生成中采取进程和线程混合的并行方式,不同子模型之间采用消息传递接口并行,同一个子模型的不同几何曲面之间采用OpenMP并行。通过三峡大坝模型对该方法进行验证,结果表明,通过分析算法的并行效率、通信最小化和负载平衡,该方法可以在数千处理器核上获得40%的并行效率,不同进程间的通信量较少,且可以获得良好的负载平衡。

面向复杂几何模型的并行四面体网格生成方法

面向大规模工程计算等数值模拟领域,提出了一种支持复杂几何模型的大规模四面体网格并行生成方法。该方法以复杂几何模型作为输入,首先采用串行网格生成方法生成初始四面体网格,然后通过两级区域分解方法将初始网格分解为多个子网格并分配到相应的进程中,进程间并行地提取出子网格的表面网格,并基于几何模型对面网格进行贴体加密,最后对加密后的面网格采用Delaunay方法重新生成四面体网格,该方法可以更好地适应高性能计算机体系结构,较好地克服了并行方法中并行性能和网格质量不能兼顾的问题。对三峡大坝模型进行测试和验证,证明该方法具有良好的并行效率和可扩展性,可以在数万处理器核上并行生成数十亿高质量四面体网格。

面向JAUMIN的并行AFT四面体网格生成

非结构网格应用软件编程框架JAUMIN(J adaptive unstructured mesh applications infrastructure)支撑了多个千万亿次并行应用软件的快速研发,并已成功应用于重大科学装置结构力学分析与优化设计、裂变能源等领域,在这些应用中,网格生成是重要步骤,为了精确刻画物理现象对应的复杂几何区域,需快速生成高质量和高精度网格。提出了一种无缝对接JAUMIN的AFT(advancing front technique)四面体网格生成并行方法,它支撑基于JAUMIN研发的应用软件进行大规模四面体网格生成,其主要特点是:(1)首先生成几何自适应的粗网格,然后基于粗网格进行分区,再通过子区域的AFT方法保证分区交界处网格的一致性;(2)在并行流程中进行表面网格贴体加密,使网格越细化越贴近真实几何形状;(3)并行流程中插入对分区交界处网格的优化步骤,进一步提高网格质量。该方法能针对实际工程应用模型快速生成数亿规模的四面体网格,可扩展性良好。

面向精度可控的大规模结构化数据集约减方法

科学与工程模拟产生的数据规模可达TB甚至PB量级,数据约减已成为降低I/O时间开销和存储成本的重要手段.为实现高精度的科学可视化和数据分析,面向大规模结构化数据集,提出一个精度可控的数据约减方法.该方法首先以可视分析数据的插值误差为约束条件,根据物理场量的空间分布特征构造多层嵌套的自适应背景网格;然后,将原始数据插值映射到轻量化的背景网格,减少冗余数据的存储;最后,将约减后的数据集并行输出至高效存储的可视化文件.数据约减算法基于并行编程框架JASMIN实现,能够无缝对接基于JASMIN框架研发的数值模拟程序.经测试,并行算法可扩展至上万CPU核.数据约减方法已成功应用于无人机辐照电磁模拟,在不超过10%的相对误差范围内,将千亿结构网格数据集的规模降低了99.8%.基于约减数据绘制的图像与原始数据图像之间的峰值信噪比为47.08 dB,具有较高的相似度,满足可视分析的分辨率要求.

基于几何矩的CAD模型形状匹配算法及应用

基于矩方法及其理论,提出了一个基于几何矩的形状匹配算法,用于识别CAD模型中具有相似形状特征的几何体。该算法采用一组满足平移、旋转、缩放不变性的几何矩不变量对三维几何体的形状特征进行描述,并根据形状特征向量的相似程度评估几何体之间的相似性。为提高几何矩计算的准确性和效率,对CAD模型的三角面片数据进行了预处理,并采用递归算法实现各阶几何矩的快速计算。形状匹配算法被应用于CAE软件的相似几何体拾取中,能够通过GUI交互的方式实时拾取与目标几何体形状特征相似的几何体,取得了良好的应用效果。

面向高性能数值模拟的并行网格生成软件研制

网格是开展大多数数值模拟计算的必要条件。面向高性能数值模拟应用,几何结构日趋复杂,局部特征日趋精细,网格规模将达到十亿规模以上,这就要求网格生成既要高效处理复杂模型,又要自适应刻画局部特征,更要考虑大规模网格向解算器的低开销传输,因此研制并行网格生成软件对推动高性能数值模拟应用具有重要价值。首先从算法研究、软件产品化两个层次论述相关领域的国内外情况,接着介绍了自主可控软件SuperMesh的架构设计和关键技术进展,最后探讨了并行网格生成技术的未来发展方向。

面向复杂几何模型的多级并行四面体网格生成算法

高性能计算机的快速发展为数值模拟提供了必需的硬件环境,数值模拟领域对网格的需求已高达数十亿到数百亿量级,而网格生成作为数值模拟的重要一环,其发展则相对滞后,很难满足并行数值模拟求解器对大规模网格的需求。本文面向复杂几何模型提出一种多级并行四面体网格生成算法,该算法首先基于模型的几何特征建立网格的尺寸场,并基于尺寸场和几何实体间的邻接关系对几何实体进行分组,将分组后的几何实体分配到不同的计算节点,在计算节点间采用前沿推进法实现三角形面网格的并行生成,然后在计算节点内对三角形面网格进行二级区域分解,将分解后的子网格分配到各进程中,最后在进程内采用多线程并行方法实现四面体网格的并行生成。通过实际应用三峡大坝模型进行验证,该算法具有良好的并行效率和可扩展性,可以在数千处理器核上实现十亿规模高质量四面体网格的并行生成。

面向自适应计算的局部四面体网格重划分

为有效满足h自适应的网格重划分要求,提出通过前沿推进法和Delaunay算法对四面体网格进行局部重划分.首先,在重划分过程中,采用由线到面、由面到体的顺序保证整体网格的协调性;其次,通过局部尺寸函数保证网格尺寸平滑过渡;最后,用投影法使网格满足几何保形.仿真实验结果表明,该算法适用于包含多部件的复杂计算机辅助设计(CAD)模型,在h自适应加密过程中网格更贴近真实几何形态,且重划分后可保证网格单元的质量.

一种基于双前沿推进的边界层网格生成算法

高雷诺数粘性流动模拟对边界层内的网格正交性有特殊要求。对于复杂外形,这类问题的网格自动化生成十分困难。面向该问题,提出一种双前沿推进思想,并形成一种面向复杂几何外形的边界层网格全自动生成算法。结合多种网格技术处理局部几何特征以保证边界层网格的质量。双前沿推进思想同时适用于多块结构网格和混合网格的边界层网格生成。多个模型网格实例验证了算法的有效性。