有限元SN中子输运模拟的区域分解并行

确定论中子输运方法具有计算速度快、可获取物理量的精细场分布、可高效多物理耦合等优点,随着有限元方法在中子输运模拟中的应用,复杂几何结构、大尺度下的屏蔽问题和临界问题都能得到高保真建模和分析.离散纵标(SN)法是求解中子输运方程的有效数值方法,基于OpenMP并行机制对各独立离散方向进行并行求解,可提高SN输运模拟的计算速度,但并行规模较有限.对几何空间进行区域分解并采用MPI并行机制,可实现大规模并行扩展,进而实现对大型问题的高精度快速求解.本文采用并行自适应非结构网格应用框架JAUMIN进行区域分解和进程间通信,通过并行SN扫描实现了自主有限元输运程序ENTER的高效并行,完成正确性检验后在天河Ⅱ号超级计算机上使用1440个CPU核完成了1.43×10^7网格单元、2.81×10^9自由度规模问题的测试,计算时间约7.4h.表明该程序具备了有效模拟大型复杂结构中子输运问题的能力,具有一定工程应用价值.

面向非结构网格应用并行程序的编程工具

面向高性能数值模拟,分析了基于并行应用编程框架快速研发并行数值模拟软件存在的挑战。在此基础上,以JAUMIN(J adaptive unstructured mesh application infrastructure)框架的应用为例,设计并实现了一种面向非结构网格数值模拟应用并行程序的图形化编程工具。该编程工具采用基于结构化流程图的图形化编程方式,屏蔽JAUMIN框架的编程接口,帮助用户在不学习编程框架的基础上快速开发基于编程框架的并行应用程序。实际应用表明,该工具可以显著提升并行应用软件的研发效率,降低用户编写并行数值模拟程序的难度。由于编程工具生成的代码规范统一,系统的维护效率也得以大幅度提高。

基于改进型XFEM的裂纹分析并行软件实现

扩展有限元法(XFEM)目前已成为裂纹分析的主流数值方法.然而,在实际应用中该方法一直受到两方面的困扰:总体刚度矩阵高度病态以及动力学计算时额外自由度上的能量无法正确传递.前者导致在以迭代法求解为主的大规模计算中难以收敛,后者导致动力学求解精度低、实施困难.为解决这两大困扰,基于无额外自由度单位分解插值格式,提出改进型扩展有限元法(IXFEM).基于该方法,在高性能数值模拟软件开发框架JAUMIN上开发裂纹分析并行软件—PANDA_Fracture.实际算例表明, PANDA_Fracture软件具有如下特色:1)允许引入高精度裂尖加强,支持裂纹任意长度扩展; 2)同时支持动力学裂纹问题隐式求解与显式求解; 3)支持任意多裂纹问题高效求解; 4)支持上千CPU核高性能可扩展计算.