SAPTIS：结构多场仿真与非线性分析软件开发及应用（之三）.pdf

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1、水利水电技术第45卷2014年第1期SAPTIS：结构多场仿真与非线性分析软件开发及应用(之三)张磊，张国新(中国水利水电科学研究院，北京100038)摘要：SAPTIS程序是以有限单元法为基本方法的仿真计算程序，本文通过对有限元并行化关键技术的讨论给出了SAPTIS程序的并行策略，介绍了SAPTIS软件方程组求解部分的三种并行化方式：(1)对原有PCG求解器基于OpenMP进行了较细粒度的并行化实现；(2)基于MPI环境对SAP．TIS丰富了Krylov子空间类方法及多种预条件技术的并行求解器；(3)基于OpenMP环

2、境丰富了稀疏直接解法的并行求解器。测试结果表明，三种并行化方案求解效率都很高，各有特色，丰富了SAPTIS的求解功能。此外，GPU求解功能也正在开发之中，这也将使SAPTIS程序的求解功能更强大，适用性更好。关键词：SAPTIS；方程组求解；高性能计算；GPU；并行有限元中图分类号：TV642文献标识码：A文章编号：1000—0860(2014)01—0052—05DevelopmentandapplicationofSAPTIS-softwareofmulti--fieldsimulationandnonlineara

3、nalysisofcomplexstructures(PartIH)ZHANGLei，ZHANGGuoxin(ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch，Beijing100038，China)Abstract：SAPTISiSaFEM—basedsoftwareforsimulationandnonlinearanalysisofcomplexstructures．ThroughthediscussionmadeonthekeytechnologyofFEMp

4、arallelization，theparallelizationstrategyofSAPTISisgivenherein，andthenthreepar—allelizationmodesinthesolvingpartofSAPTISareintroduced：(1)BasedontheOpenMPplatform，theparallelizationwithmorefinegrainisrealizedforthePCGsolver．(2)BasedontheMPIplatform，theparallelized

5、solverwiththeKrylovsub—spacemethodsandseveralpreconditioningtechniquesisenrichedforSAPTIS．(3)BasedontheOpenMPplatform，thepar-allelizedsolverofsparsedirectmethodisenriched．Thetestresultshowsthatalltheeffieieneiesofthethreeparallelizedsol—vingschemesareveryhighande

6、achhasitsowncharacteristics；bywhichthesolvingfunctionsofSAPTISareenrichedaswel1．Furthermore，theGPUsolverisstillindevelopment，whichwillmaketheSAPTISsoftwaremorepowerful，flexibleandadaptable．Keywords：SAPTIS；equationssolution；highperformancecomputation；GPU；parallelF

7、EM成为解决这些复杂科学、工程问题的重要手段。1引言随着我国经济和社会的快速发展，水利水电工收稿日期20l3一O3-05基金项目水利部公益性行业科研专项(201201050)；国家“973”计划程、矿业工程、交通工程等一大批重大基础建设项目项目(2013CB036406，2013CB035904)；中国水科院科研专迅速展开，特别是水利水电工程的建设规模和水平正项(材集1353，材集1361，材集1309)；“十二五”科技支撑在向大型、超大型发展，在工程的设计、建设与运行项目(2013BAB06B02)。中难免会遇到大量复

8、杂的问题。数值模拟与仿真现已作者简介张磊(198O一)，男，高级工程师，博士。WaterResourcesandHydropowerEngineeringVoL45No1张磊，等∥sAPTIS：结构多场仿真与非线性分析软件开发及应用(之三SAPTIS是中国水利水电科学研究院独自开发，已有法主要是三对角、块三对角、带状