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自有限元技术产生以来,理论基础逐渐成熟,并获得了广泛应用。但是随着问题越来越复杂,计算速度和精度要求越来越高,传统的串行计算已经不能满足需求。为了提高计算速度,人们先后开发了一些向量机、并行机以及超级计算机。但是这些计算机价格昂贵,普及困难。后来,人们开始使用集群来进行有限元并行计算。但是集群一般只能局限在局域网内,运算能力也很有限,仍然不能满足人们对计算速度的需求。
网格是随着网络发展起来的一种基础设施。它通过网络把世界上的资源连接起来,呈现给用户的是一台“超级计算机”。当我们使用这台超级计算机时,就像我们使用电力一样,不必考虑资源的位置。本文把有限元的并行计算放到网格这个平台上,来提高有限元计算的速度,较好地满足了计算速度需求。
本文的主要研究内容如下:
(1)阐述了网格的相关技术,包括网格的体系结构,网格的特点。深入分析了有限元并行计算已经取得的成就,同时指出计算中存在的问题。提出了在网格环境下进行有限元并行计算的方法。
(2)研究了网格平台系统软件GLOBUS的体系结构和功能,采用网格环境下并行编程工具MPICH-G2,构建了基于GLOBUS与MPICH-G2的用于有限元并行计算的网格平台。
(3)利用ANSYS有限元分析软件,同时利用结构的对称性,对模型进行验证计算,结果表明基于网格的有限元并行计算是正确的。
(4)利用所构建的网格平台,编制了有限元的并行程序,此程序能充分利用网格资源。利用此程序给出了有限元计算实例,对构建的网格并行计算平台进行了验证。结果表明,利用网格平台和并行程序进行有限元的计算,在保证精度和正确结果的情况下,能充分利用网格资源,并能取得一定的加速比,缩短计算时间。