有限元并行計算區(qū)域劃分研究及在鋁電解槽電場仿真應(yīng)用.pdf

1、有限元并行計算可有效解決大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)有限元分析對計算速度的高要求，是今后大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真的發(fā)展方向。區(qū)域劃分是有限元并行計算的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對并行計算的效率影響極大。本文以有限元并行計算中的區(qū)域劃分問題為對象，研究易于實(shí)現(xiàn)的、普遍適用的、性能良好的區(qū)域劃分算法設(shè)計，并用于大型鋁電解槽電場仿真。
　　論文(1)介紹了有限元分析原理和實(shí)現(xiàn)步驟，給出有限元并行計算的硬件平臺準(zhǔn)備和軟件設(shè)計方案。(2)就有限元并行計算中的區(qū)域劃分問題，給出

2、三維有限元模型區(qū)域劃分?jǐn)?shù)學(xué)表達(dá);針對現(xiàn)有切邊標(biāo)準(zhǔn)在大型有限元模型區(qū)域劃分時通信量評價不準(zhǔn)的缺點(diǎn)，結(jié)合通信設(shè)計以劃分結(jié)果總節(jié)點(diǎn)數(shù)為通信標(biāo)準(zhǔn)，定義平衡系數(shù)δ和通信系數(shù)ε作為量化評價指標(biāo)，為區(qū)域劃分質(zhì)量提供評價標(biāo)準(zhǔn)。(3)從工程實(shí)踐出發(fā)，針對鋁電解槽電場仿真的并行計算問題，討論了常用的區(qū)域劃分算法ANP（Al-NASRA and NGUYEN）算法和多層次分區(qū)法的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)，定性和定量的對比分析結(jié)果均表明，ANP算法優(yōu)于多層次分區(qū)法;將區(qū)域劃

3、分結(jié)果文件導(dǎo)入鋁電解槽電場并行計算，計算時間驗(yàn)證了量化評價標(biāo)準(zhǔn)的有效性。(4)針對ANP算法在大規(guī)模模型劃分耗時長的問題，通過算法分析，確定了ANP算法存在子區(qū)域決策階段節(jié)點(diǎn)添加慢的缺點(diǎn)，由此提出多點(diǎn)選擇ANP算法;為進(jìn)一步優(yōu)化算法，提出動態(tài)自適應(yīng)ANP算法，根據(jù)模型規(guī)模和子區(qū)域劃分階段，自適應(yīng)確定節(jié)點(diǎn)個數(shù)，進(jìn)行動態(tài)添加，使算法達(dá)到速度和精度的平衡，擴(kuò)大算法的應(yīng)用范圍，使其可以在大型、超大型有限元仿真問題中應(yīng)用。在大型鋁電解槽電場仿真中