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博士學(xué)位論文 三維進(jìn)化彈塑性并行有限元反分析系統(tǒng)研究
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資料類別
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化工建筑畢業(yè)論文（設(shè)計） |
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課程(專業(yè))
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工程力學(xué) |
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關(guān)鍵詞
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有限元|反分析系統(tǒng) |
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適用年級
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大學(xué) |
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身份要求
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普通會員 |
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金 幣
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100 �。�金幣如何獲得？） |
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文件格式
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word |
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文件大小
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6765K |
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發(fā)布時間
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2008-07-16 17:06:00 |
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無 |
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下載次數(shù)
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1 |
| 發(fā)布人 |
kj008 |
內(nèi)容簡介：
博士學(xué)位論文 三維進(jìn)化彈塑性并行有限元反分析系統(tǒng)研究(附原譯文,正文共101頁,35157字)
目 錄
聲 明 I
摘 要 II
ABSTRACT III
第一章 緒論 1
1.1 論文研究的背景和意義 1
1.2 并行計算機(jī)簡介 3
1.2.1 指令與數(shù)據(jù)流分類 3
1.2.2 共享存儲MIMD并行機(jī) 4
1.2.3 分布共享存儲MIMD并行機(jī) 5
1.2.4 分布存儲MIMD并行機(jī) 6
1.3有限元并行計算發(fā)展概況 8
1.3.1 SIMD系統(tǒng)上有限元計算發(fā)展概況 8
1.3.2 MIMD系統(tǒng)上并行有限元發(fā)展概況 8
1.4巖體參數(shù)反分析方法研究進(jìn)展 10
1.4.1基于梯度搜索算法參數(shù)反分析方法 10
1.4.2基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)反分析方法 11
1.4.2基于遺傳算法參數(shù)反分析方法 11
第二章 基于MPI的網(wǎng)絡(luò)并行計算 13
2.1引言 13
2.2 COW的構(gòu)建 13
2.2.1硬件設(shè)備 13
2.2.2軟件系統(tǒng) 15
2.2.3 COW并行機(jī)群系統(tǒng)的優(yōu)點 15
2.2.4 COW實例 16
2.3 并行編程環(huán)境 17
2.3 1 PVM 19
2.3 1 MPI 19
2.4基于MPI的并行程序設(shè)計 20
2.4.1任務(wù)劃分 20
2.4.2 MPI函數(shù)簡介 21
2.4.3 MPI通信方式 22
2.5并行算法的性能參數(shù) 24
2.5.1并行度和粒度 24
2.5.2加速比與效率 25
2.6 RsmVPC性能測試 25
第三章 區(qū)域分解并行有限單元法 28
3.1引言 28
3.2區(qū)域分解算法 28
3.2.1經(jīng)典Schwarz交替法 29
3.2.2并行Schwarz算法 30
3.2.3無重疊型區(qū)域分解算法 31
3.2.4有限元網(wǎng)格的區(qū)域分解 32
3.3基于區(qū)域分解的并行有限元算法 33
3.4線性方程組并行求解 34
3.5總體剛度矩陣存儲及算法實現(xiàn) 35
3.5.1稀疏矩陣的CSR壓縮存儲方式 35
3.5.2總體剛度矩陣組集方式 36
3.5.3 CSR矩陣類設(shè)計 37
3.6預(yù)處理共軛梯度法 38
3.6.1預(yù)處理技術(shù) 38
3.6.2預(yù)處理共軛梯度法迭代串行算法 39
3.6.3預(yù)處理共軛梯度法迭代并行算法 40
3.6.4 Slover求解器類設(shè)計 42
3.7數(shù)值算例 43
第四章 巖土工程并行有限元程序設(shè)計 46
4.1引言 46
4.2非線性有限元方程組的解法 47
4.2.1切線剛度法 47
4.2.2常剛度迭代法 48
4.2.3修正切線剛度法 48
4.2.4并行化非線性迭代 49
4.3巖土材料彈塑性理論 50
4.3.1線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 50
4.3.2屈服條件 50
4.3.3有限元程序矩陣公式 51
4.3.4彈塑性本構(gòu)數(shù)值積分格式 52
4.4彈塑性并行有限元及程序結(jié)構(gòu) 53
4.4.1并行有限元程序設(shè)計 54
4.4.2面向?qū)ο蟛⑿杏邢拊绦蛟O(shè)計 54
4.5錨固支護(hù)并行計算分析 57
4.5.1桿單元計算模型 58
4.5.2組合單元計算模型 59
4.5.3組合單元并行計算方法 61
4.6開挖過程并行計算分析 63
4.6.1應(yīng)力釋放法 63
4.6.2虛擬單元法 64
4.6.3并行程序設(shè)計 65
第五章 工程并行計算實例 68
5.1引言 68
5.2地下巷道錨固支護(hù)并行計算 68
5.3水布埡地下洞室錨固支護(hù)計算 73
5.4水布埡工程三維并行彈塑性分析 76
第六章 進(jìn)化并行有限元反分析方法研究 84
6.1引言 84
6.2遺傳算法 85
6.2.1遺傳算法基本操作 85
6.2.2遺傳算法主要參數(shù) 86
6.3基于并行有限元的進(jìn)化位移反分析法 86
6.3.1個體的廣播 87
6.3.2適應(yīng)值選取及計算 87
6.3.3算法分析 88
6.3.4程序?qū)崿F(xiàn) 90
6.4數(shù)值算例 91
6.4.1材料參數(shù)E的并行彈性及彈塑性反演 91
6.4.2水布埡電站地下廠房并行有限元位移反分析 95
第七章 結(jié)論與展望 99
7.1全文總結(jié) 99
7.2展望 100
參考文獻(xiàn) 102
摘 要
隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的不斷發(fā)展，越來越多大型、超大型巖土工程相繼上馬，這些工程不僅規(guī)模越來越大，而且其復(fù)雜程度也越來越高。傳統(tǒng)的基于單機(jī)的有限元求解不僅面臨著超大的自由度，而且還涉及到復(fù)雜的非線性本構(gòu)關(guān)系，計算時間長、精度低已經(jīng)成為人們不得不面對的一個問題。
區(qū)域分解算法是在并行機(jī)上求解偏微分方程數(shù)值解的一種方法。該方法先將偏微分方程求解區(qū)域劃分為若干個子區(qū)域，然后在各個子區(qū)域并行求解。隨著計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，組建PC機(jī)聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)群為人們提供了一個高效率的并行計算平臺。本文在此背景下，對如何充分利用現(xiàn)有的計算資源，獲得高效的有限元計算效率進(jìn)行了研究。圍繞這一問題，開展了以下幾個方面的研究：
1)結(jié)合區(qū)域分解算法的特點，引入錨固組合單元來模擬巖土工程中錨桿的加固效果，采用虛擬單元法模擬巖土工程開挖過程，結(jié)合大型稀疏矩陣方程組的并行共軛梯度算法，編制了基于Windows操作系統(tǒng)，適用于PC機(jī)群的巖土工程并行有限元計算程序。
2)結(jié)合遺傳算法和區(qū)域分解并行有限元算法，設(shè)計了進(jìn)化并行有限元反分析算法，計算采用主—從并行模式，可根據(jù)測點的位移監(jiān)測信息快速反演巖體的力學(xué)參數(shù)。
3)并行程序開發(fā)采用面向?qū)ο蟮姆绞�，其中包含了單元、材料、荷載、求解器、遺傳算法等有限元類庫，通過類庫的管理可以方便地對程序進(jìn)行維護(hù)和擴(kuò)充。
4)對水布埡電站尾水洞開挖斷面錨固效果進(jìn)行了并行有限元計算，分析了錨桿的加固效果及并行加速比；水布埡電站尾水洞階段施工開挖工程計算規(guī)模大（百萬單元）、開挖步多（20步），通過對其進(jìn)行三維并行彈塑性分析，實現(xiàn)了在PC機(jī)群上完成海量計算的目的；最后對水布埡地下廠房巖層參數(shù)進(jìn)行了并行反演計算。
關(guān)鍵詞： 并行有限元 區(qū)域分解 遺傳算法 反分析 巖土工程
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