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基于PC集群系统的场地地震反应并行计算研究

夏江  
【摘要】: 本文基于Linux操作系统和MPI并行程序开发环境,自行组建了PC集群系统,开发出了场地地震反应并行计算程序PSAP,实现了PSAP程序与ANSYS程序的无缝连接,建立了基于遗传算法的设计地震反应谱标定方法,并进行了场地地震反应实例计算与分析。本文主要开展了以下研究工作: ①基于Linux操作系统和MPI并行程序开发环境,自行组建了PC集群系统,并对其采用Linpack程序进行了性能测试,测试结果表明,本文组建系统的并行计算加速比达到1.475,效率达到49.2%,能满足有限元并行计算的要求。 ②对ANSYS程序的并行计算功能进行了分析,并通过实际的动力有限元分析算例,对ANSYS程序并行计算模块在PC集群系统下的计算性能进行了测试,结果表明,ANSYS程序在PC集群系统下无法达到令人满意的并行计算性能。 ③基于消息传递环境MPE(Message Passing Environment)下的动力有限元并行计算平台的开发。在PC集群上,采用互联网广泛使用的TCP/IP网络协议,基于消息传递标准平台MPI(Message Passing Interface)编程环境,使用Fortran和C语言编写了场地地震反应并行计算程序PSAP。这一程序与ANSYS程序的前处理功能实现了无缝连接。 ④建立了基于遗传算法的设计地震反应谱标定方法,并在同济大学教学科研综合楼场地地震安全性评价项目中采用本方法对人工合成地震波地表反应谱进行了标定。 ⑤针对目前场地土层线性和非线性地震反应分析中常见的四种工况:均匀土层一致输入、均匀土层行波输入、非均匀土层一致输入、非均匀土层行波输入。分别通过实际算例来验证PSAP程序的计算结果,分析其在PC集群上解决大规模问题的优点和并行效率。


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