金屬凝固過程溫度場模擬并行軟件開發(fā).pdf

1、鑄造凝固過程的溫度場數(shù)值模擬是預(yù)測縮孔縮松、氣孔、卷砂、熱裂、宏觀和微觀偏析等的基礎(chǔ)研究，但是在模擬大型復(fù)雜鑄件的凝固過程溫度場變化時(shí)要求很大的計(jì)算量，而基于馮.諾伊曼串行機(jī)模型上的現(xiàn)有的數(shù)值模擬串行算法已很難進(jìn)一步提高模擬計(jì)算速度，所以能進(jìn)一步提高模擬計(jì)算速度的一種有效且實(shí)用的方法就是進(jìn)行基于機(jī)群平臺(tái)的并行編程來計(jì)算。 本文采用的并行硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)是由局域網(wǎng)中的三臺(tái)不同體系結(jié)構(gòu)的普通PC構(gòu)成的異構(gòu)機(jī)群平臺(tái)，每臺(tái)PC上運(yùn)行的操作系

2、統(tǒng)是Windows2000 Professional版本，三個(gè)節(jié)點(diǎn)的配置分別為：(1)賽揚(yáng)2.66G CPU、256M內(nèi)存；(2)奔四2.00G CPU、256M內(nèi)存；(3)奔四1.60G CPU、256M內(nèi)存。而并行軟件環(huán)境是采用應(yīng)有最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)化的消息傳遞并行語言庫MPI的最新實(shí)現(xiàn)版本MPICH2和Visual C++6.0結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。 由于有限差分法簡單實(shí)用，被廣泛應(yīng)用于凝固過程數(shù)值模擬領(lǐng)域中，因此本文采用有限差分法對(duì)計(jì)算

3、區(qū)域進(jìn)行三維網(wǎng)格剖分，并構(gòu)建導(dǎo)熱微分方程的差分格式。 為了能把凝固模擬問題很好地映射到己構(gòu)建的異構(gòu)機(jī)群并行機(jī)上，得到并行計(jì)算模型并設(shè)計(jì)良好的并行求解算法，本文采用區(qū)域分解法將整個(gè)計(jì)算數(shù)據(jù)區(qū)域分解為多個(gè)子域，每個(gè)子域作為一項(xiàng)任務(wù)分配給一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算求解，并且各個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位相同，代碼和功能也基本一致，也就是應(yīng)用MPI的對(duì)等模式進(jìn)行并行程序設(shè)計(jì)。 在進(jìn)行MPI的并行程序設(shè)計(jì)中，本文還具體討論了MPI通信模式的選擇以及并行文件

4、I/O的訪問方式選擇。 最后，本文基于所構(gòu)建的并行環(huán)境，分別以不同節(jié)點(diǎn)數(shù)目和不同網(wǎng)格數(shù)目的組合來對(duì)一個(gè)T形件的凝固過程溫度場MPI并行模擬算法進(jìn)行效率測試。 由測試結(jié)果可知，MPI并行化后的模擬計(jì)算有效的提高了模擬速度，且在同一計(jì)算規(guī)模下隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增多模擬速度相應(yīng)提高，而隨著計(jì)算規(guī)模的增大，從2個(gè)節(jié)點(diǎn)到3個(gè)節(jié)點(diǎn)并行計(jì)算的加速比增量也相應(yīng)增加。 從總體看來，MPI并行編程模擬是提高鑄件凝固過程計(jì)算機(jī)模擬速度的一條