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《吉林大学》 2011年
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基于并行技术的离散元法仿真软件研究

姜耀国  
【摘要】:自然界中存在着大量的颗粒状或者可以抽象为颗粒的物体,这些物体之间相互作用的现象在工农业生产中非常普遍。本项目组在研究这些颗粒的相互作用基础之上,加入机械部件,根据离散元法的基本理论研究颗粒与机械之间的相互作用情况。例如农业生产中的玉米、大豆等的播种过程,肥料的机械化施用过程,药品的制作包装过程,甚至车轮与土壤颗粒的相互作用等,都可以采用离散元法在计算机上进行仿真。通过计算机进行仿真,我们能够得到相关的力学数据,机械设计者就可以根据这些数据辅助进行机械设计的优化。 根据离散元法的基本理论,本项目组自主开发了用于离散元法仿真的三维仿真软件TDEM,取得了很好的仿真效果,并在实际生产中已经有了一些应用。但是在实际应用过程中发现,要取得比较好的仿真效果,往往需要非常大的计算量,过去的程序往往需要几天甚至几周的时间才能得到完整的仿真结果,因此,迫切需要提高仿真软件的计算速度。另一方面,传统的单核处理器已经渐渐淡出了人们的视线,多核处理器已经成为主流。但是传统的串行程序并不能应用多核处理器所带来的性能提升,需要将传统的程序针对多核处理器进行并行优化才能充分利用多核处理器的性能,以提高计算速度。同时,主流的高性能计算依然是在分布式的环境下进行的,因此,对于大规模的仿真计算,还需要探索离散元法仿真计算的分布式算法来进一步提高现有仿真计算的规模和速度。同时,针对现在分布式环境下出现多核处理器节点的新情况,也需要对并行算法进行重新考虑,使得算法能够更加适合在由多核处理器组成的集群上运行,以达到更好的运行效率 本文的主要工作就是针对项目组原有的离散元法仿真软件进行优化,完善了现有的离散元法仿真软件TDEM,并使仿真算法并行化,针对多核处理器编码实现了适合在多核处理器上运行的并行算法,使其能够充分利用多核处理器的计算能力,同时还对多核并行算法进行了一些初步的任务负载均衡方法探索,制定了本软件的并行任务调度方式。为了进一步提高离散元法仿真计算的规模和速度,本文在原有软件的基础上还探索了可以应用于集群系统上的分布式并行算法,采用空间分解法进行分布式离散元法仿真计算。 论文首先介绍了离散元法的基本原理及计算过程,介绍了一些提高离散元法计算速度的方法,并介绍了本软件在进行仿真计算时所采用的求解方法。之后介绍了多核处理器和分布式环境,以及适合多核并行的OpenMP标准和适合分布式并行的MPI标准,针对多核处理器和分布式集群系统不同的特点,设计编写了不同的算法,并将两种算法在SMP集群系统上进行了融合,在每个SMP类型的多核节点上采用多核算法完成计算所分配的任务,整个SMP集群系统又可以采用适合分布式环境的算法进行计算。普通用户可以使用多核版本的软件进行计算,该版本无需额外的要求,用户只需要像使用普通软件一样使用本软件就可以在配备多核处理器的普通计算机上进行多核并行的离散元法仿真计算;而专业的用户可以考虑使用分布式算法或者融合算法进行更大规模的仿真计算。最后,对并行之后的软件进行了初步的测试工作,对软件的并发性、负载均衡、并行性能进行了测试。 经过实际测试,并行化之后的软件极大的提高了仿真计算时的速度和规模,具有很好的并行性能,并且能够随着现代多核处理器的发展提高软件自身的计算速度,这对于软件的实际应用具有非常重要的意义。并行之后大大缩短了仿真计算所需要的时间,提高了机械设计的效率,为提高社会生产力提供了有力的帮助。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP311.52

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 付宏;商慧;于建群;;三维离散元法软件开发研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年S1期
2 张辉;张永震;;颗粒力学仿真软件EDEM简要介绍[J];CAD/CAM与制造业信息化;2008年12期
3 徐伟,李玉忱,王丽;分子动力学并行算法研究[J];计算机工程与应用;2002年14期
4 伊君翰;;基于多核处理器的并行编程模型[J];计算机工程;2009年08期
5 陈龙斌,胡晓军,唐志平;离散元数值模拟中查找邻居元关系的改进算法[J];计算力学学报;2000年04期
6 付宏,董劲男,刘振宇,危夏,于建群;精密排种器的集成分析设计系统开发研究[J];计算机集成制造系统;2005年05期
7 李清宝,张平;基于分布/共享内存层次结构的并行程序设计[J];计算机应用;2004年06期
8 秦东明;郭力;王小伟;葛蔚;;大规模并行粒子模拟中基于主从架构的负载平衡策略研究与实现[J];计算机与应用化学;2006年11期
9 何牧君;郭力;严历;;大规模并行粒子模拟系统代码级优化研究与实现[J];计算机与应用化学;2008年09期
10 唐玉兰;胡适;王东旭;赵健伟;梁迎春;董申;;纳米工程中大规模分子动力学仿真算法的研究进展[J];机械工程学报;2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王泳嘉;;离散单元法——一种适用于节理岩石力学分析的数值方法[A];第一届全国岩石力学数值计算及模型试验讨论会论文集[C];1986年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴少刚;机群系统OpenMP研究[D];中国科学院研究生院(计算技术研究所);2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 商慧;三维离散元法计算仿真软件开发研究[D];吉林大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田勇;王旭东;张相春;安连旗;吴世龙;;结晶器在线监控集成系统的开发与应用[J];鞍钢技术;2012年02期
2 张钦;张鹏程;;运用OpenMP和CUDA优化蒙特卡洛算法[J];安阳师范学院学报;2012年02期
3 陈昌凯,阮永芬,熊恩来;地震作用下边坡稳定的动力分析方法[J];地下空间与工程学报;2005年S1期
4 陶连金;蒯本秋;张波;;松散软岩巷道破坏的颗粒离散元模拟分析[J];地下空间与工程学报;2010年02期
5 尚海林;赵锋;王文强;傅华;;冲击作用下炸药热点形成的3维离散元模拟[J];爆炸与冲击;2010年02期
6 余天堂;;不连续问题的扩展有限元法分析[J];船舶力学;2007年05期
7 邓继新;韩德华;;应力松弛作用对未固结砂岩等效弹性性质的影响[J];吉林大学学报(地球科学版);2011年01期
8 昌杰;;基于多核处理器的程序性能优化方法[J];巢湖学院学报;2012年03期
9 周先齐;徐卫亚;钮新强;郑文棠;;基于强度折减的离散单元法在岩质边坡稳定性分析中的应用[J];长江科学院院报;2008年05期
10 郑文棠;徐卫亚;张治亮;曾涛;吴关叶;徐建强;;复杂楔形体组合下的岩质高边坡稳定分析[J];长江科学院院报;2008年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郭晓庆;侯书军;李慨;侯志强;;三类偏心振动球磨机的仿真和实验研究[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
2 侯书军;李慨;侯志强;贾力伟;赵雪涛;郭晓庆;;振动利用工程研究的某些新进展及其共性关键动力学问题[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
3 于建群;付宏;;基于离散元法的数字化设计软件及其应用[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
4 周先齐;徐卫亚;钮新强;崔玉柱;;离散单元法研究进展及应用综述[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
5 宁宇;徐卫亚;郑文棠;;应用离散元强度折减对复杂边坡进行稳定性分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
6 易成建;彭向和;贾延杰;李海涛;;基于OpenMP的磁流变液并行数值模拟[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
7 于建群;付宏;;基于离散元法的数字化设计软件及其应用[A];吉林省农业机械学会2008年学术年会论文集[C];2008年
8 卢世宗;;我国边坡研究治理现状与发展趋势[A];第四届全国矿山采选技术进展报告会论文集[C];2001年
9 焦龙;郭亚红;纪守领;李金宝;;基于多核计算机的分子动力学并行算法的实现[A];黑龙江省计算机学会2009年学术交流年会论文集[C];2010年
10 崔向徽;林忠文;卢光军;;集群计算技术在无线接收系统中的应用[A];2008'中国信息技术与应用学术论坛论文集(二)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李静梅;多核处理器的设计技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张立栋;回转干馏炉内油页岩颗粒混合运动特性实验与数值模拟[D];华北电力大学(北京);2011年
3 周强;基于离散元方法的颗粒材料热传导研究[D];大连理工大学;2011年
4 朱伟;风成沙波纹形成和发展过程研究[D];兰州大学;2011年
5 石建光;再生骨料对混凝土性能影响的试验研究和计算分析[D];上海大学;2011年
6 刘钦;炭质页岩隧道软弱破碎围岩大变形机理与控制对策及其应用研究[D];山东大学;2011年
7 雷周;FEM与DEM耦合方法研究及在汽车玻璃冲击破坏问题中的应用[D];华南理工大学;2011年
8 王颖锋;嵌入式系统节能调度算法研究与设计[D];西安电子科技大学;2010年
9 万福磊;建筑结构连续性倒塌数值模拟方法研究[D];中国建筑科学研究院;2011年
10 傅晏;干湿循环水岩相互作用下岩石劣化机理研究[D];重庆大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 盖晓东;基于Tilera多核平台的AMR声码器实现[D];大连理工大学;2010年
2 高见;盾构机刀盘开口率与盘体结构优化设计[D];大连理工大学;2010年
3 申俊华;中期火电开机优化的多核并行算法及其应用[D];大连理工大学;2010年
4 刘东;底层框架砌体结构地震破坏过程仿真及分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 吴婷;沥青砂浆细观力学性能分析研究[D];长沙理工大学;2010年
6 吴贵鑫;云计算中的MapReduce并行编程模式研究[D];河南理工大学;2010年
7 赵磊;适应多核处理器的任务调度研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 王建春;大红山铁矿Ⅰ号铜矿带分段空场法采场结构参数优化研究[D];昆明理工大学;2010年
9 梁恩茂;京珠北K98滑坡分析及治理工程效果评价研究[D];昆明理工大学;2010年
10 原野;篦子沟矿有底柱分段崩落法放矿控制研究[D];昆明理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黎明,谢灼利,张政;应用离散单元法对二维流化床内流态进行数值模拟研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2002年02期
2 唐志平;激光辐照下充压柱壳失效的三维离散元模拟[J];爆炸与冲击;2001年01期
3 单建,蓝天;动力松弛法在张拉结构静力分析中的应用[J];东南大学学报;1994年03期
4 ;THE APPLICATION OF DISCRETE ELEMENT METHOD IN SOLVING THREE-DIMENTIONAL IMPACT DYNAMICS PROBLEMS[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2003年03期
5 张政,谢灼利;流体-固体两相流的数值模拟[J];化工学报;2001年01期
6 王小伟,郭力,唐德翔,葛蔚,杨章远,李静海;两相体系宏观拟颗粒模拟并行算法[J];化工学报;2004年05期
7 李重阳,魏德敏;索膜结构的动力松弛法分析[J];华南理工大学学报(自然科学版);2004年06期
8 欧阳洁,李静海;模拟气固两相流动非均匀结构的颗粒运动分解轨道模型[J];中国科学(B辑);1999年01期
9 秦东,孙利民,范立础;钢筋混凝土扩展散体单元法的阻尼系数研究[J];结构工程师;2000年04期
10 张骏;樊晓桠;刘松鹤;;多核、多线程处理器的低功耗设计技术研究[J];计算机科学;2007年10期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 左树春;杨全文;徐泳;;用离散元法模拟散体在车辆紧急制动中的行为[A];中国颗粒学会2002年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会会议论文集[C];2002年
【相似文献】
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1 李娜,赵红东,高铁成,李秀艳,张智峰,宋殿友,孙静;光电子CAD发展现状[J];光机电信息;2005年02期
2 黄伟志;曹明;;六合一功率合成器的设计与实现[J];传感技术学报;2006年04期
3 张静;李海;;Proteus在单片机教学中的应用[J];中国西部科技;2008年29期
4 朱黎;;Proteus仿真单片机浅析[J];湖南农机;2011年01期
5 王翔;电厂继电保护仿真软件的研制与应用[J];江苏电机工程;2000年02期
6 董洪光,刘丽钧;交互式实时控制系统仿真软件的设计及其在教学中的应用[J];沈阳工业大学学报;2001年S1期
7 赵红,邵萍波,谭跃;一种模糊控制算法的改进[J];大连海事大学学报;2004年04期
8 刘文秀,罗抟翼,沈显庆;基于VB的单片机仿真实验系统[J];沈阳工业大学学报;2004年06期
9 ;瑞典Systecon公司在京推介综合保障仿真软件[J];电子产品可靠性与环境试验;2004年06期
10 陈宜成,朱友忠;运载火箭控制系统通用仿真软件设计平台[J];计算机仿真;2005年05期
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1 栗英杰;赵丁选;刘刚;;基于OpenGVS的武装直升机动力学仿真[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
2 杨凌云;熊伟;;基于Vega Prime的卫星伴飞仿真[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
3 张军;罗永红;;实时嵌入式软件仿真测试平台研究[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
4 褚建新;顾伟;郑士君;;船舶主柴油机电子调速器转速调节原理仿真[A];上海海事大学与波兰格丁尼亚海事大学校际合作20周年科技论文集[C];2004年
5 朱奎胜;;土木工程实践教学中仿真技术的应用[A];土木建筑教育改革理论与实践(第12卷)[C];2010年
6 张征;李杞仪;谢存禧;;机器人臂示教仿真中运动干涉的交互判别[A];第十一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集[C];1998年
7 魏一平;邢小明;;X波段鉴相器的仿真与实现[A];2007年全国微波毫米波会议论文集(上册)[C];2007年
8 郑忠;何腊梅;高小强;;基于细胞自动机的流程仿真方法在炼钢生产中的应用[A];2005中国钢铁年会论文集(第4卷)[C];2005年
9 李素民;蒋充剑;;舰载搜索雷达数学建模与仿真[A];中国造船工程学会电子技术学术委员会2006学术年会论文集(下册)[C];2006年
10 涂小苹;梁祥飞;邢淑敏;庄嵘;;表冷器仿真软件的实验验证[A];中国制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年
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1 本报记者 李敬;多核催熟UTM[N];计算机世界;2008年
2 张云泉;并行计算:迎接多核时代的挑战[N];计算机世界;2006年
3 清华大学计算机系 教授 汪东升;多核架构让硬件变“软”[N];计算机世界;2007年
4 旭;多核多线程 H3C高端路由器新特点[N];网络世界;2007年
5 ;信威McWiLL/SCDMA基站采用TI多核DSP[N];人民邮电;2008年
6 本报记者 瑜文;“星火燎原”多核大学扩张在即[N];中国电脑教育报;2007年
7 阿晨;2007年服务器市场跨进多核时代[N];中华读书报;2007年
8 本报实习记者 张海志;多核时代敲门电脑营销大战[N];中国知识产权报;2006年
9 本报记者 陈斌;多核的软件推力[N];计算机世界;2008年
10 专题策划、撰稿:刘雨 编译:天虹;多核带来新格局[N];中国计算机报;2005年
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1 左宪禹;多核直接和并行迭代法及其在辐射流体力学中的应用[D];中国工程物理研究院;2012年
2 杨帆;基于多核平台的网络流量监测研究与优化[D];北京邮电大学;2011年
3 杨帆;基于多核平台的网络流量监测研究与优化[D];北京邮电大学;2011年
4 李东生;基于高密度计算的多核芯片设计关键技术研究[D];合肥工业大学;2012年
5 徐春晖;存在填隙流体颗粒离散元法理论研究[D];中国农业大学;2003年
6 陈莉丽;基于多核集群的并行离散事件仿真性能优化技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
7 苏年乐;仿真模型可移植性规范的多核并行化研究[D];国防科学技术大学;2010年
8 王耀彬;多核平台上支持推测并行化的事务存储体系结构性能优化[D];中国科学技术大学;2010年
9 白明泽;多核集群上的混合并行分子动力学计算研究[D];电子科技大学;2012年
10 邓林;单芯片多核处理器存储优化技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
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1 姜耀国;基于并行技术的离散元法仿真软件研究[D];吉林大学;2011年
2 王国明;桥联多核配合物的合成、表征及相关性能的研究[D];曲阜师范大学;2003年
3 申俊华;中期火电开机优化的多核并行算法及其应用[D];大连理工大学;2010年
4 寇立涛;Linux多核调度算法的优化与扩展[D];西安工业大学;2010年
5 王雪梅;嵌入式多核处理器的仿真器设计[D];国防科学技术大学;2010年
6 程丹;NIOS Ⅱ多核通信及在神经网络硬件实现中的应用研究[D];东北师范大学;2010年
7 奚海波;并行编程技术在多核处理器上的研究与应用[D];东北师范大学;2010年
8 罗珅;TD-LTE Femtocell发送端设计与基于多核DSP的实现[D];北京邮电大学;2010年
9 徐立超;异构多核处理器的任务分配及能耗研究[D];湖南大学;2010年
10 雷万钧;二维超圆形颗粒离散元法的算法研究[D];吉林大学;2010年
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