大规模工程涡流场有限元计算的困境与展望

精确计算涡流场分布及其在导电材料中产生的损耗,对于电工设备的优化设计与安全运行至关重要。在现阶段,特大型电机、变压器等电工设备中的三维工程涡流场有限元分析存在计算规模大、计算时间长和计算精度不能满足工程精度要求的问题。该文主要从计算方法的层面分析这类问题的研究现状和关键难点,介绍诸如叠片铁心材料特性的传统和改进型均匀化模型、子问题扰动有限元法、区域分解法、单元级别的并行有限元法等针对上述问题的研究对策,分析不同方法的优点和局限性,并提出对今后进一步研究策略的建议,作为快速、高效地实现三维工程涡流场大规模计算任务的参考。

基于EBE策略求解流场问题的有限元方程解法研究

本文首先阐述了用有限元法求解流场问题的基于单元接单元(EBE)技术的并行双共轭梯度法(Bi CGSTAB)。然后引入网格分维概念,并基于网格分维分析和比较了直接法等三种算法的存储量和操作数。最后在国家高性能计算中心(成都)的曙光2000并行系统上,采用MPI消息传递实现了此种算法,计算了定常三维空穴流,取了较好的加速比。得到如下结论:EBE迭代法不必生成和存储总刚矩阵,在很大程度上节省了内存,并且它具有良好的并行性,所以EBE的迭代法能有效提高求解流场问题的规模和速度。

基于EBE的Bi-CG迭代法求解Navier-Stokes方程的并行计算

阐述了用有限元求解流场不可压Navier Stokes方程时 ,基于单元接单元 (Element By Element,EBE)技术的并行双共轭梯度法 (Bi CG)。在国家高性能计算中心 (成都 )的曙光 2 0 0 0并行系统上 ,采用MPI消息传递实现了此种算法 ,计算定常三维空穴水域流场 ,取了较好的加速比。由于不需存储系数矩阵 ,在很大程度上节省了内存 。

结构非线性有限元分析的有效隐式并行算法

利用单元接单元的预处理线性共轭梯度法对非线性隐式有限元结构分析的粗粒度并行算法进行研究。采用二级区域分解,第一级粗区域级分解为每个处理器的并行计算,创建一个负载平衡的区域;第二级分解为将每个区域分解成同类单元块(相同本构模型、积分级数、单元类型),以使每个处理器中进行细粒度的并行计算。采取Hughes-Winget(HW)单元接单元的预处理子。将非结构相关图和一种新的平衡图着色算法结合,来实现区域内和区域间的并行计算,并与对角预处理子进行比较。结果表明:本文二级区域分解的HW预处理子算法可提高运算速度,显示良好的并行性能,适合分布式储存体系的机群。

基于EBE技术三维电磁场的并行计算

阐述了用有限元法求解三维电磁场问题时，基于单元接单元即ＥＢＥ（ｅｌｅｍｅｎｔ－ｂｙ－ｅｌｅｍｅｎｔ）技术的并行共轭梯度法（ＣＧ）和并行对角预处理共轭梯度法（ＤＣＧ）方法。我们在四个处理器的晶体计算机（Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ系统）上实现了这两种算法，取得了相对于处理器个数几乎线性的加速比。由于不需存储整体系数矩阵，在很大程度上节省了内存，大大提高了用微机求解电磁场问题的能力．