一种基于RAS对等式交互的有限元程序并行化方法

技术特征：

1.一种基于ras对等式交互的有限元程序并行化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，初始化mpi并行环境，获取进程号和总进程个数；

步骤二，读取数据文件；

步骤三，建立局部到整体的映射关系；

步骤四，确定本进程存储刚度矩阵的起始行istart和终止行iend，预分配分布式刚度矩阵；

步骤五，按照未知量eqmap映射关系组装分布式整体刚度矩阵k；

步骤六，使用并行求解器求解有限元方程组；

步骤七，按照未知量eqmap映射获取本进程结果，并散发其他进程需求的解；

步骤八，后处理，终止并行环境。

2.根据权利要求1所述的一种基于ras对等式交互的有限元程序并行化方法，其特征在于，步骤一中，所述mpi是一种跨语言的通讯协议，用于编写并行计算机；每个所述进程都对应一个进程号。

3.根据权利要求1所述的一种基于ras对等式交互的有限元程序并行化方法，其特征在于，步骤二中，所述数据文件包括有限元模型数据，所述有限元模型数据包括节点、单元、分区、材料、载荷、约束和交互界面；其中，di为第i个分区，为重叠型分区，为限制分区，为非重叠分区；分区di包含限制分区和镜像点区域。

4.根据权利要求3所述的一种基于ras对等式交互的有限元程序并行化方法，其特征在于，步骤三中，所述映射关系包括自由度映射dofmap和未知量映射eqmap；其中，自由度映射dofmap是局部自由度编号和整体自由度编号之间的关系；未知量映射eqmap是局部未知量编号和整体未知量编号之间的关系，由不包含约束的节点自由度按照dof映射累加之后填充得到。

5.根据权利要求4所述的一种基于ras对等式交互的有限元程序并行化方法，其特征在于，步骤四中，所述预分配刚度矩阵按照未知量映射eqmap对整体刚度矩阵进行遍历，形成整体刚度矩阵的指示矩阵，确定第i个进程的整体刚度矩阵ki中的主对角阵和非主对角阵每一行非零元素个数，然后预分配分布式刚度矩阵。

6.根据权利要求5所述的一种基于ras对等式交互的有限元程序并行化方法，其特征在于，步骤五中，所述分布式整体刚度矩阵k按照每个节点分别组装ki；

其中，为di刚度矩阵非重叠部分，为di刚度矩阵重叠部分，i∈1，2，…，n，n为进程个数。

7.根据权利要求6所述的一种基于ras对等式交互的有限元程序并行化方法，其特征在于，步骤六中，所述有限元方程组为：

ku＝f

其中，u为有限元控制方程中的位移，f为有限元控制方程中的等效节点荷载；

对于重叠型分区，第i个分区di区域上的解为：

ui＝riu

其中，ri为di的限制矩阵，将整个区域的解集成可以得到：

对于非重叠型分区，上的解为：

其中，为的限制矩阵；将整个区域的解集成可以得到：

其中，整个区域的解由所有的限制分区上的解组成，对于di的重叠区域的解和则由相邻的分区和传递得到，在上不求解；为限制区域的解，为相邻区域传递回来的解，i∈1，2，…，n，n为进程个数。

技术总结
本发明公开了一种基于RAS对等式交互的有限元程序并行化方法，包括以下步骤：步骤一，初始化MPI并行环境，获取进程号和总进程个数；步骤二，读取数据文件；步骤三，建立局部到整体的映射关系；步骤四，确定本进程存储刚度矩阵的起始行IStart和终止行Iend，预分配分布式刚度矩阵；步骤五，按照未知量eqmap映射关系组装分布式整体刚度矩阵k；步骤六，使用并行求解器求解有限元方程组；步骤七，按照未知量eqmap映射获取本进程结果，并散发其他进程需求的解；步骤八，后处理，终止并行环境。本发明在利用MPI函数库实现并行化的基础上，在对现有有限元程序改动最小的情况下，显著提高了有限元并行计算的效率。

技术研发人员：齐慧君;李同春;高林钢;刘晓青;赵兰浩;郑斌
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2021.04.20
技术公布日：2021.07.30