热力耦合问题分析的扩展多尺度有限元并行算法研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:meimeilaile
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
热力耦合问题作为交叉学科中的典型问题,广泛存在于航空航天、汽车制造和电子电路等领域中,是应力场与温度场相互影响的过程。为明确结构在温度与应力作用下的状态和响应,需对非均质材料的热力耦合问题进行计算分析。然而现有的计算程序大多基于有限单元法采用连续性假设,对于求解非均质材料大规模热力耦合问题需要消耗大量的时间和计算机资源。本文基于扩展多尺度有限元法(EMs FEM)和并行模型,结合区域分解算法和可移植可拓展计算库PETSc,将PETSc库移植到EMs FEM中,开发了EMs FEM并行算法。本文的主要研究内容可分为两个部分:第一、开发EMs FEM静力分析并行算法,为实现各核间负载平衡,使用区域分解算法将单元按照相对均分原则分给多个进程,各进程同步进行并行计算。为减少核间通信开销,将PETSc并行计算库移植到EMs FEM中,并直接调用PETSc的并行求解器求解线性有限元方程组。基本流程包括输入文件的读取、宏/微观有限元方程组的形成、边界条件的引入、方程组的并行求解。通过固定梁弯曲、散热片冷却器受集中力以及圆筒拉伸三个数值算例验证EMs FEM并行算法的准确性和高效性。第二、开发EMs FEM稳态热力耦合分析并行算法,通过散热片冷却器和圆筒的热力耦合分析两个数值算例验证了EMs FEM并行算法的准确性,并对比不同核数并行计算所需时间,验证了算法的高效性。结果表明:采用区域分解算法和PETSc库并行方式可以很好地实现负载平衡,同时具有良好的并行效率,并行效率在0.62-1之间。
其他文献
硫氧还蛋白还原酶(Thioredoxin reductase,Trx R)通过调控硫氧还蛋白(Thioredoxin,Trx)氧化还原状态发挥多种生物学功能。Caveolin-1是胞膜窖(Caveolae)主要组成蛋白,参与细胞信号转导、物质代谢和胆固醇稳态。已有研究报道了Caveolin-1与Trx R1在细胞内存在相互作用,并在氧化刺激下诱导细胞早熟衰老,但是Caveolin-1与Trx R1
本文主要针对拟一维稳态非等熵Euler方程的边值问题进行研究.在拟一维扩张-收缩管道中给定相应的物理边界条件即:在管道入口处给定超音速来流,出口处设定合适的管道末端压力.我们将证明如果方程满足该边界条件,则在管道中存在有且只有两个跨音速激波解.进一步,我们还将证明管道出口处压力与跨音速激波位置的单调性关系.
在各工程领域中,经常发生一些断裂破坏的工程事故,如房屋坍塌、车辆损毁等,这些事故对人民的生命财产安全造成了巨大隐患。因此为了保证工程结构在使用过程中的完整性,需在设计的时候对断裂破坏情况进行计算分析。实验方法可以得到部分可靠的结果,但对于大规模工程结构进行断裂破坏实验成本较高,一般会考虑采用数值计算的方法来代替。近场动力学(Peridynamics,PD)是一种适用于求解断裂破坏问题的非局部数值计
电负性气体被广泛应用在等离子体刻蚀及基础物理研究等领域,不同负离子的加入不仅造成电负性差异,同时等离子体的平衡结构和输运性质也变得非常复杂。本文基于COMSOL Multiphysics仿真软件模拟射频感性耦合Ar/SF6混合气体放电的空间分布特征属性,不仅可以借助等离子体化学模型来分析粒子的产生机制,还可以直观展示等离子体各参量的时空分布图,结合近似解析理论模型便于理解电负性等离子体的粒子输运方
本文基于位错连续统理论推导了流动位错的动力演化格式,该格式可以准确反映位错流动时的对流方向变化趋势,从而摆脱了传统固体网格对于位错几何特性变化细节的缺失。本文同时基于二维非对称滑移系下直线刃位错形成的网格特点,用张量函数的旋转描述了二维Lomer锁与Hirth锁之间的近程相互作用,并建立了描述周期分布的锁内不同位错的演化方程。本文主要通过一下三个方面来连接传统的位错连续统理论与具有反应堆积特性的位
水波中的数学问题一直是数学流体力学研究的热门课题之一,这其中就包括对孤波的运动状态及其性质的研究。本文正是从事该方面的研究,具体地,本文利用极值原理及Dubreil-Jacotin变换,详细研究了深水孤波在有旋和无旋状态下的速度场、压力场及水质点的运动轨迹。论文结构如下:第1章介绍了孤波的起源、研究背景及国内外的研究现状。第2章在给出本文主要结果之前,介绍了一些预备知识,包括强极值原理、弱极值原理
海洋工程结构之间往往存在远小于自身尺度的窄缝。海上作业过程中,由于实际海况波浪成分较为复杂,在特定频率入射波浪作用下,窄缝内水体将会发生大幅共振响应,不仅会使间隙内波高显著增加,还会使结构所受波浪力大幅增大,严重影响海上作业安全,因此对于窄缝共振的变化规律及作用机理进行深入研究是很有必要的。本文选用码头前驳船或FPSO-LNG联合作业系统为研究对象,对于窄缝共振现象的影响规律开展详细探究。研究中假
对于非主承载结构零部件,若结构局部存在超过屈服应力的情况,则不应继续使用弹性设计准则对结构进行完整性和安全性评定,因其将严重限制结构的设计空间。对于该类问题,可采用弹塑性设计准则在存在塑性变形的前提下评定结构是否安全。对于承受交变载荷的结构,安定性准则是一种被广泛应用的弹塑性设计准则,因其可发挥材料的塑性承载潜力,从而使结构获得更大的设计空间。经多年发展,目前安定分析已形成三大类数值分析方法,包括
沿海人数不断增多、海平面上升以及风暴潮频率增加,造成人工海岸结构的数量和类型出现了激增。传统海岸结构仅考虑了单一防御功能,而很少考虑增加生态功能。生态海岸结构提供了传统海岸结构的替代方案,并有机会改善传统海岸结构对海岸生态环境造成的影响。但目前关于生态海岸结构环境改善的研究目前存在以下几个问题:1)针对生态海岸结构的型式分类及功能研究较少,亟须结合国内外典型的生态海岸结构案例,对生态海岸结构型式进
介质阻挡放电(DBD)作为产生低温等离子体的重要方式,因其可以在常温常压下发生放电,反应装置结构简单,放电空间可控,且放电过程具有较高的电子能量,容易打破分子化学键,在诸多领域得到广泛应用。近年来,随着对DBD研究的逐步深入,提高放电装置能量利用效率成为关注的焦点。为进一步探究不同结构的放电体系的能量利用效率,本文设计管-管式和棒-筒式两种同轴DBD装置,研究了电源参数、反应器参数变化对管-管式D