Calculix三级并行优化及其在天河二号超级计算机中的应用

针对开源有限元软件Calculix传统计算模式在大规模数值计算中的低效问题,提出了Calculix三级并行优化策略,即预处理并行优化、节点间并行调度以及节点内多核多线程并行改造。预处理并行优化在方程组分解过程中与分解过程后,分别对其参数矩阵进行有条件的动态舍弃,据此构造了部分列选主元多行双门槛不完全LU分解预处理算法,并对算法的可行性、有效性以及收敛性给出了证明。为充分发挥TH-2超级计算机强大的资源优势,相继给出了基于QoS的节点间任务动态调度算法,以及节点内多核多线程并行任务调度算法,进一步实现计算任务与资源之间的优化匹配和QoS需求。在实验环节中搭建了针对天河二号(TH-2)超级计算环境的有限元并行计算与分析平台,并完成了针对船舶疲劳强度分析问题的实际工程应用测试。理论分析与工程算例测试结果充分证明:Calculix三级并行优化方案能够有效提高Calculix求解线性方程组的速度,在可获取足够计算资源的前提下, 与传统计算模式相比 ,实际工程算例的计算速度平均提高了2～4倍。     

船舶产品设计(SPD)系统

为打破国外船舶设计系统对我国船舶设计的垄断,提高我国船舶设计、建造的创新能力,开发具有我国自主知识产权的船舶产品设计(Shipping Product Design, SPD)系统. 该系统基于OpenGL开发具有自主知识产权的三维CAD图形平台,具有船体结构设计、管系设计、风管设计、电气设计、铁舾件设计和涂装生产设计等功能. SPD系统具有如下特点:能保持三维模型与二维图纸的高度一致;通过生成完整的加工制造信息实现CAD/CAPP/CAM集成,基本打通"壳、舾、涂一体化"的数字化生产线;通过生成壳、舾、涂完整的制造和管理信息,为实现船舶"设计、制造、管理一体化"奠定基础;通过实体和参数化技术为建立具有完整拓扑关系的船舶产品模型提供有力手段;并通过与其他系统的数据接口实现异构CAD的数据和信息集成,为厂、所协同设计创造技术条件等. SPD系统推广应用表明它有助于现代造船模式的推进和数字化造船目标的实现.     

中国船级社共同结构规范计算软件CSR-SDP

为提高船舶设计效率,针对国际船级社协会(International Association of Classification Societies, IACS)2006年推出的散货船、双壳油船共同结构规范CSR-BC/OT,中国船级社(China Classification Society, CCS)开发出计算软件CSR-SDP. 该软件分为针对散货船的CSR-SDP(BC)和针对双壳油船的CSR-SDP(OT)两套,是集规范设计,载荷计算以及船体结构强度分析、评估和疲劳寿命评估于一体的船体结构设计和规范校核系统,较全面地覆盖CSR-BC/OT的要求,较好地满足CSR船舶设计和审图的需要.     

船体结构有限元计算结果可视化系统的设计与实现

基于图形平台ＯｐｅｎＧＬ开发了船体结构有限元计算结果可社化系统。本系统根据船结构的特点，可用于对船体结构有限元分析后所产生的非结构化数据场进行可视化处理。阐述了系统的设计思想，系统结构，数据管理及其多种处理和显示数据场的方法，并给出了实例。     

通用惯导测试仿真系统的设计与实现

惯导性能测试一般在地面实验平台上进行,只能得到离散状态的测量结果,不能满足分析整个系统性能要求。建立飞行仿真系统能模拟各种飞行模态,并能够对惯导性能进行动态连续飞行轨迹下测试,在工程应用上具有重要意义。提出了惯导性能测试仿真系统的结构框架,并进行了系统功能分析与硬件设计,采用模块化设计思想,构造了基于控制律的飞控仿真模块及惯导反解算、通信等软件模块,给出了详细的设计及实现方法,并使用VC进行算法、系统实现。与惯导系统的联合仿真证明,为惯导测试系统的设计提供有效的平台。     

基于知识工程的船体焊接工艺研究

船舶制造过程中船体焊接领域工艺知识缺乏有效的归纳与整理,导致其重用性和 共享性差。针对上述问题,基于知识工程技术,研究了船体焊接工艺领域知识的获取、分类、 表示及推理应用的方法,并开发了工艺知识库系统,有效实现了知识的共享与重用。首先提出 了船体焊接工艺知识获取途径及分类模式;其次以此为基础,将基于本体的知识表示方法的研 究成果应用于船体焊接工艺,建立领域本体;然后提出焊接工艺推理模式,以国家标准、行业 标准等规范性文件和专业书籍、专家意见等指导性文件为基础构建工艺规则库,设计模糊规则 推理系统;最终设计开发面向船体焊接工艺的知识库系统,规范化实现知识获取、知识表示、 知识推理及知识管理功能,为船体焊接领域相关工作人员提供知识共享及重用的支撑平台,为 船舶制造其他领域中知识工程技术的利用提供参考。     

基于骨架模型的船体结构快速建模

针对当前我国船舶结构设计中迭代次数多、设计存在异地性的问题,提出一种船 体结构快速建模方法。以“自顶向下”为设计思路,以骨架模型为实现载体,对船体结构特点进 行分析、总结后构建了面向船舶结构的骨架模型,给出船体结构骨架模型的定义。通过船舶结 构的骨架模型与参数坐标系实现船舶总体的快速布局设计;建立参数坐标系与船体板架之间的 关联关系实现船体结构的快速建模与快速调整,并给出相应算法;给出设计信息的组织方式并 将设计信息集成到骨架模型实现船体结构模型的完整性定义与快速建立。最后基于 CATIA V6 平台开发快速建模系统,并通过纵骨架式船体结构验证了方法的可行性。     

大型结构并行有限元分析软件研究

有限元分析在很多领域得到了应用,但其较大的计算规模对使用造成了限制,对复杂对象的分析难以在单台计算机上完成。提出并实现了一种并行化有限元软件的开发模式,在保留成熟的商业性有限元分析软件各种优点的情况下对关键计算进行了并行化开发,以较少投入成功实现了应用于大型结构分析的并行有限元分析系统。完成了数据在分布存储计算环境下的有效存储、高效的大型稀疏矩阵的并行算法,通过试验验证系统有良好的分析精度和扩展性。     

参数化的船体结构特征造型设计

利用AutoCAD2000平台的ObjectARX开发环境,采用面向对象的设计思想,将船体结构分成弦侧、船底、甲板和舱壁4部分,实现参数化,建立特征类及相应构件间的约束关系,设计三维船体结构特征造型。     

基于Patran的船体建模方法

对船体结构进行CAE分析时,由于其复杂性,建模过程非常繁琐,效率极低且易出错.寻求一种快速的船舶有限元建模方法一直是船舶设计工作者努力的课题.介绍一种基于Patran的船体建模方法,使用参数化批处理操作,大大缩短建模时间,提高建模效率.