基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的空間殼單元研究與應(yīng)用.pdf

1、在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大震非線性分析中，能夠全面實現(xiàn)墻、板構(gòu)件的動力彈塑性分析是十分重要的。采用殼單元模擬板殼結(jié)構(gòu)擁有很高的精度，但往往計算量龐大，這導(dǎo)致傳統(tǒng)的基于CPU串行計算的板殼結(jié)構(gòu)分析方法難以同時兼顧計算精度與效率。本文利用GPU天然的并行計算能力，通過建立基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的空間殼單元，實現(xiàn)了兼顧精度和效率板殼結(jié)構(gòu)靜力和動力數(shù)值分析，并結(jié)合基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的纖維梁單元，給出了一套針對高層建筑結(jié)構(gòu)非線性分析問題的

2、、高效率的、可移植的并行異構(gòu)分析平臺。內(nèi)容主要包括以下三個方面：
　　基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的空間殼單元建立。在構(gòu)建的CPU-GPU異構(gòu)平臺基礎(chǔ)上，從復(fù)合材料力學(xué)原理和板殼理論出發(fā)，通過分別建立分層式的平面應(yīng)力單元和考慮剪切變形的分層式板單元，得到了可以同時考慮單元面內(nèi)與面外非線性行為的分層式厚薄通用空間殼單元，并給出了基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的空間殼單元與纖維梁單元連接方法，使兩者結(jié)合應(yīng)用到高層建筑結(jié)構(gòu)分析中。
　　

3、基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的空間殼單元線彈性分析。本文給出了基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的預(yù)處理共軛梯度法和Newmark-β法的程序?qū)崿F(xiàn)方法，并編制了相應(yīng)的有限元分析程序，最后將自編程序分別應(yīng)用于空間殼單元靜力彈性問題分析和動力彈性問題分析。通過與傳統(tǒng)的CPU串行計算分析結(jié)果和通用有限元軟件Abaqus分析結(jié)果對比，驗證了基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的空間殼單元線彈性分析的有效性，明確了基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的空間殼單元有限元分析加速

4、性能。
　　基于CPU-GPU異構(gòu)平臺的空間殼單元非線性分析。通過編制二維混凝土本構(gòu)子程序、鋼筋本構(gòu)子程序和考慮材料非線性的空間殼單元應(yīng)力狀態(tài)與單元剛度更新子程序，完善了CPU-GPU異構(gòu)平臺的有限元分析程序。并將自編有限元程序應(yīng)用于空間殼單元靜力非線性問題和動力彈塑性問題分析。通過將異構(gòu)平臺程序分析結(jié)果分別與傳統(tǒng)的CPU串行計算分析結(jié)果、試驗結(jié)果和通用有限元軟件 Abaqus分析結(jié)果進行對比，驗證了基于異構(gòu)平臺的空間殼單元非線性