本申請涉及核外并行計算，特別是涉及一種高效的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法。

背景技術(shù)：

1、自動多重子結(jié)構(gòu)方法在諸如結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、振動控制、電磁學(xué)、流固耦合問題等工程領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，能夠提供高效、準(zhǔn)確的動力學(xué)分析與優(yōu)化設(shè)計的解決方案。但隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性增加，模型網(wǎng)格的精度和節(jié)點數(shù)也在增加，這導(dǎo)致了仿真問題的規(guī)模變得巨大，單臺計算機的內(nèi)存容量已經(jīng)越來越不滿足實際計算的需求。此時無論是拓展內(nèi)存條數(shù)量還是使用集群計算都不是一項經(jīng)濟(jì)的選擇，相比之下價格低廉而容量的硬盤無疑更具性價比，但目前還沒有實現(xiàn)該算法核外并行的技術(shù)方案。

2、現(xiàn)有方案對自動多重子結(jié)構(gòu)求解算法的介紹與改進(jìn)都是立足于核內(nèi)多線程基礎(chǔ)上，旨在實現(xiàn)更好的負(fù)載均衡或者達(dá)到更高的計算精度。這些技術(shù)在大規(guī)模仿真計算中都不可避免地會遇到內(nèi)存受限的問題，難以滿足單臺計算機上大規(guī)模模型仿真計算的實際需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要提供一種高效的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，該方法包括：

2、s1：將有限元仿真分析模型剖分為由子結(jié)構(gòu)組成的二叉消去樹；并初始化內(nèi)存空間，為二叉消去樹中的節(jié)點分配內(nèi)存；

3、s2：計算節(jié)點組裝所需的內(nèi)存大小，并將其與分配的組裝內(nèi)存比較，更新組裝內(nèi)存；根據(jù)節(jié)點的類型從磁盤讀取更新數(shù)據(jù)，并基于更新的組裝內(nèi)存和所述更新數(shù)據(jù)完成節(jié)點的矩陣組裝；

4、s3：求解節(jié)點中的約束矩陣和廣義特征方程，將求解得到的約束矩陣以及特征向量作為第一類數(shù)據(jù)寫入磁盤；基于節(jié)點中求解得到的約束矩陣以及特征向量計算所述節(jié)點對其祖先節(jié)點的更新數(shù)據(jù)；并將所述更新數(shù)據(jù)作為第二類數(shù)據(jù)寫入磁盤；

5、s4：釋放為節(jié)點分配的自由度更新位置內(nèi)存、組裝內(nèi)存以及線程計算內(nèi)存；

6、s5：遍歷所述二叉消去樹，求解各節(jié)點中降維的廣義特征方程，得到所述特征對，并釋放分配的全局內(nèi)存；

7、s6：基于各節(jié)點的特征對以及約束矩陣回代計算，得到陣型向量，關(guān)閉線程的文件流并釋放分配的約束矩陣內(nèi)存。

8、有益效果：該方法解決了大規(guī)模模型計算時數(shù)據(jù)量過大導(dǎo)致單臺計算機內(nèi)存不足的問題，提高了計算機的內(nèi)存使用率，在減少計算過程中的峰值內(nèi)存的同時盡可能避免了性能損失。

技術(shù)特征：

1.一種高效的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，所述初始化內(nèi)存空間，為二叉消去樹中的節(jié)點分配內(nèi)存包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，節(jié)點組裝所需的內(nèi)存大小的計算公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，所述更新組裝內(nèi)存包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，所述根據(jù)節(jié)點的類型從磁盤讀取更新數(shù)據(jù)包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，在求解節(jié)點中的約束矩陣和模態(tài)方程過程中，將節(jié)點中的約束矩陣寫入所述約束矩陣內(nèi)存中，記錄約束矩陣的大?。辉谀B(tài)方程計算完之后，若方程有解，則將求得的特征值寫入所述全局內(nèi)存中的數(shù)組，在數(shù)組中特征值將與節(jié)點的自由度位置對應(yīng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，計算得到所述更新數(shù)據(jù)之后，若所述節(jié)點是其父節(jié)點的左孩子節(jié)點且所述節(jié)點為非葉子節(jié)點，則當(dāng)前線程在磁盤中創(chuàng)建一個以該節(jié)點id作為辨別的二進(jìn)制文件；將更新數(shù)據(jù)寫入其中。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，求解降維的廣義特征方程，得到特征向量包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，所述陣型向量的計算公式為：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，其特征在于，組裝的矩陣包括：剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、耦合剛度矩陣以及耦合質(zhì)量矩陣；剛度矩陣以及耦合剛度矩陣的計算公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種高效的自動多重子結(jié)構(gòu)核外并行計算方法，將有限元仿真分析模型剖分為由子結(jié)構(gòu)組成的二叉消去樹；并初始化內(nèi)存空間；計算節(jié)點組裝所需的內(nèi)存大小，并將其與分配的組裝內(nèi)存比較，更新組裝內(nèi)存；基于更新的組裝內(nèi)存和更新數(shù)據(jù)完成節(jié)點的矩陣組裝；將求解得到的約束矩陣以及特征向量作為第一類數(shù)據(jù)寫入磁盤；基于節(jié)點中求解得到的約束矩陣以及特征向量計算節(jié)點對其祖先節(jié)點的更新數(shù)據(jù)，并作為第二類數(shù)據(jù)寫入磁盤；求解各節(jié)點中降維的廣義特征方程，得到特征對；基于各節(jié)點的特征對以及約束矩陣回代計算，得到陣型向量。該方法提高了計算機的內(nèi)存使用率，在減少計算過程中的峰值內(nèi)存的同時盡可能避免了性能損失。

技術(shù)研發(fā)人員：王桂冬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南邁曦軟件有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9