基于Tahoe框架的某夹具并行计算

［文章编号］１００１．２４６ｘ｛２００９｝ｏｓ．０６９９．０４

基于Ｔａｈｏｅ框架的某夹具并行计算

范宣华１”，

吴瑞安１

，

郝志明１，何颖波１

（１．中国Ｔ程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳６２１９００；２．北京大学力学与空天技术系，北京１００８７１）

［摘要】

在开源软件Ｔａｈｏｅ框架基础上，结合有限元前后处理程序ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ及Ｔｅｃｐｌｏｔ，对某复杂夹具进行建

模．通过区域分解、编制接口和采用ＰＨＧ中提供的ＰＣＧ（ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄｃｏｎｊｕｇａｔｅｇｒａｄｉｅｎｔ，预处理共轭梯度法）迭代解法成功实现２６２×１０４自由度模型的串、并行计算．结果表明，并行计算收敛速度更快，４进程并行计算时间不到串行计算时间的１／４．通过与商用程序ＭＳＣ．Ｎａｓｔｒａｎ比较，验证计算结果的正确性．利用大型并行计算机对该模型并行计算性能进行研究，获得最高３２进程的并行计算加速比．研究表明，改进后的Ｔａｈｏｅ计算框架对于开展大规模自由度下的结构并行计算分析研究是可行的，并且随计算节点增加，并行计算过程基本呈线性加速．［关键词】

并行计算；有限元；区域分解；预处理共轭梯度法；加速比

［中图分类号］０２４２；ＴＰ３１１

［文献标识码】

Ａ

Ｏ

引言

在航空、航天和武器系统结构设计中，经常需要进行精细建模以获取结构高频响应或者局部细节响应情

况【ｌ】．随着结构系统越来越复杂，现有有限元软件的计算规模和计算速率在预测结构响应方面受到了一定限制．与此同时，并行计算机和并行计算技术的迅速发展又给复杂结构大规模数值计算开辟了新的途径心Ｊ．近年来，并行计算技术得到了诸多国家的重视，从２００４年起，计算科学与工程国际会议（ＩＣＣＳＥ）已经先后在中国、土耳其和美国举办过三届，会议内容绝大部分都与并行计算相关ｂ１．大型并行有限元分析软件作为一项具有战略意义的敏感技术，很少有公开报道，目前国内尚未见成熟高效的并行有限元分析软件¨Ｊ．

Ｔａｈｏｅ软件由美国Ｓａｎｄｉａ公司开发，遵循面向对象程序设计思想，集有限元法、无网格法以及原子论方法于一体，可以在并行平台上执行，包含与第三方软件的接口功能，被Ｓａｎｄｉａ官方网站定位为“面向研究的数值算法和材料模型的开放源代码平台”拍’６】．本文利用Ｔａｈｏｅ软件源代码，结合中科院数值计算软件包ＰＨＧ，通过区域分解和编制各软件之间的接口在并行机上成功实现了某夹具２６２×１０４自由度模型的串、并行计算，为大规模自由度结构有限元并行软件开发研究提供了一种途径．

１模型和求解思路

基于Ｔａｈｏｅ进行求解需要两个基本文件：网格文件和参数文件．网格文件包括节点、单元、拓扑构成等几何信息；参数文件描述计算模型的物理参数和计算分析参数．Ｔａｈｏｅ本身不具备前后处理功能，需要通过其他前后处理软件建立模型和进行结果显示．本文利用ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ进行前处理建模、Ｔａｈｏｅ求解、Ｔｅｃｐｌｏｔ进行后处理，通过编制接口实现三者的数据转换．

以某夹具作为研究对象，建立其有限元模型，图１为示意图，全部采用六面体单元进行划分，共包含

７８６

０６８个单元、８７４４５６个节点，自由度数为２６２×１０４．模型包含底部圆盘、中间转接板和上部立板三部分，

其中底部圆盘材料采用钢，中间转接板和上部立板材料采用铝，模型大致尺寸为圆盘直径约４４０舢，整体高

约为６６０ｍｉｌｌ．约束底部圆盘下表面三个方向自由度，静力载荷施加在立板法向ｘ方向的侧面，载荷大小为石

方向节点力１０

Ｎ．

根据Ｔａｈｏｅ参数文件的要求，在ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ中建模时对约束和载荷节点及不同材料进行分组处理，导出

［收疆日期】２００８—０５—０４；［修回日期］２００８—０７—２６

【基金项目】中国工程物理研究院十一五重大预研专项课题资助项目

［作者简介】范宣华（１９８１一）。男，工程师，博士生，从事振动理论及并行计算方面的研究，四川绵阳９１９信箱４０２分箱６２１９００