基于云环境和有限元并行计算的农机产品数字化仿真

为了解决现代化农机复杂产品数字化分析和仿真的计算开支问题,提出了一种基于云计算的农机产品数字化仿真系统平台,该平台采用云计算的三层架构和服务封装的思想,将有限元分析仿真系统的功能需求划分成服务,为有限元提供云环境下的并行协同计算功能。采用虚拟化技术,将有限元设计资源利用云环境进行集中管理,实现了软件交付的灵活性和计算资源的共享。以农机部件的大变形支持结构为例,对系统的模型建立、作业管理和数据处理3个方面进行了实例验证。仿真结果表明:采用云环境的并行计算后,其计算的收敛精度和计算效率都有了较大幅度的提高,能够计算大变形的农机部件结构,且资源的共享率较高,实现了农机部件的数字化、协同化设计。     

微机网络并行计算环境Linux、并行计算平台MPI及其应用

介绍了并行计算研究的基本概况、微机网络并行计算环境－Ｌｉｎｕｘ操作系统及网络并行计算平台ＭＰＩ，并用实例说明微机网络并行计算环境和并行计算平台的建立和应用．     

超声速化学反应流场迎风格式数值模拟及并行计算

基于有限体积迎风格式对超声速燃烧流场进行了的数值模拟.由于超声速燃烧流场绕流的复杂性,要求对多组分Euler/N-S方程求解的数值模拟方法应具有较高的计算精度及效率.本文引用辅助点方法建立了具有空间二阶精度的van Leer迎风矢通量分裂格式,并应用于超声速燃烧流场绕流的数值模拟.化学反应为氢气/空气十反应模型,采用考虑了化学反应特征时间的当地时间步长显式Runge-Kutta时间推进格式.对钝头体模型爆轰现象、后向台阶氢气喷射及二维内外流超声速燃烧流场模型进行了区域分裂技术的并行计算.计算结果与参考文献作了对比,得到了满意的结果.     

三维非结构混合网格高超声速流场并行计算

在非结构混合网格上对三维高超声速化学非平衡粘性绕流进行了基于PC-Cluster的分布式并行数值模拟.本采用区域分裂思想,研究了三维非结构混合网格区域自动分解技术,并以此为基础对高超声速化学非平衡绕流进行了并行数值计算.控制方程为多组分N-S方程,空间离散采用有限体积格心格式,时间推进为显式Runge-Kutta格式.化学非平衡动力学模型为七组元带电离反应模型,对化学反应源项进行了点隐式处理,温度场的计算采用牛顿迭代法.在PC-Cluster上对三维双椭球模型的高超声速绕流流场进行了基于区域分解技术的并行数值模拟,所得数值结果与参考献中的结果作了对比验证。     

声波测井时差信息的互相关检测研究与设计

为解决首波门槛迟滞比较器提取声波时差受地层介质和测井噪声影响大的问题,提出了基于互相关检测算法的声波时差提取方法。在分析互相关算法理论的基础上,介绍了在FPGA内部采用并行计算和流水线设计方案,在Matlab中对测井声波时差提取模型采用互相关检测算法进行了仿真,并运用实验室模拟声波测井装置对算法进行了验证。仿真和试验结果表明,互相关检测技术可以快速有效地提取测井声波的时差信息,可为随钻声波测井仪器研制提供参考。     

生物柴油混合燃料燃烧并行数值模拟

采用基于MPI的并行算法,以k-ε湍流模型为基础,对生物柴油混合燃料的燃烧过程进行了数值模拟计算,讨论了并行计算的加速比,并将计算结果与柴油的燃烧情况进行比较。结果表明:混合燃料的燃烧效果与纯柴油相似,NO排放没有明显升高,可以作为柴油的替代燃料使用。     

CPU-OpenMP和GPU-CUDA并行计算技术对矩阵乘法运算的加速效果分析

本文对比了CPU-OpenMP和GPU-CUDA并行计算技术对不同阶矩阵乘法运算相对于CPU单线程计算的加速效果。结果表明,CPU-OpenMP并行的计算加速比与矩阵阶数无关,且低于所采用的线程数目。GPU-CUDA并行的计算加速比随矩阵阶数的增加显著增加,最大计算加速比可达570倍以上。相对于CPU单线程计算结果,CPU-OpenMP并行计算未产生误差,而GPU-CUDA并行计算会产生误差。结果表明,GPUCUDA并行适合高阶数矩阵乘法的加速计算,而CPU-OpenMP并行适合低阶数矩阵乘法的加速计算。     

并行多值混合方法在一类2-指标微分代数方程中的应用

将并行多值混合方法应用于一类2-指标微分代数方程的数值处理,并进行误差估计,获得了十分理想的结果.由于微分代数方程广泛应用于电网络分析、航空、航海、分工系统、动力、生态系统、化学动力学、最优控制、计算机辅助设计与建模以及社会学和经济学等各个领域,因此,研究微分代数方程的数值方法理论及应用具有现实意义和实用价值.     

铁路客车结构大变形碰撞特性的仿真研究

应用动态大变形非线性有限元法对铁路客车整车的大变形正面碰撞过程进行了计算机模拟。在合理简化的基础上建立了整车有限元模型；运用PAM-CRASH软件的并行算法，通过计算机模拟，预测了某铁路客车在正面碰撞过程中的变形位置和变形形式，得到了车体碰撞过程的位移、速度、作用力、以及能量与时间的关系曲线。模拟结果表明，碰撞时间为0.15s。变形集中在车辆前部1/10内，车辆主体几乎不变形。采用多个CPU进行并行计算，结果表明，对于客车的正面碰撞问题采用并行计算非常必要。     

基于MPI的LEDAPS遥感影像预处理并行化方法研究

LEDAPS(Landsat生态系统干扰自适应处理系统)通过对Landsat影像进行定标、云掩模、精确配准和正射纠正、大气校正等预处理,为森林生态系统固碳能力及碳储量研究提供地表反射率产品.随着遥感数据的几何增长,传统串行使用LEDAPS进行影像预处理计算所费周期长,使得LEDAPS在实际森林碳储量研究应用中不能满足海量遥感数据的处理需求.针对这一问题,提出了一种基于MPI的LEDAPS高性能粗粒度数据并行计算方法.通过实例验证,当MPI进程数为8时,加速比最高达到7.37.该方法在大幅提高计算速度,节省计算时间的基础上,实现了计算节点的负载均衡及可扩展,有效地提高了LEDAPS处理海量遥感数据的能力,缩短了利用遥感影像进行森林碳储量计算的周期.