岩土工程高性能数值仿真及其应用

岩土工程高性能数值仿真及其应用王睿2016年12月提纲高性能数值计算基本概念简介粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用高性能有限元数值仿真平台开发与初步应用高性能数值计算基本概念简介岩土工程对于高性能数值仿真的需求岩土工程：规模大、结构复杂、多尺度岩土材料：力学行为的细观分析高性能数值计算基本概念简介串行并行高性能数值计算基本概念简介共享内存分布式内存高性能数值计算基本概念简介共享内存分布式内存优劣势可移植性高任务分配成本低并行度低内存管理困难优劣势并行度高各CPU独立控制内存成本低可移植性较差高性能数值计算基本概念简介共享内存分布式内存混合式高性能数值计算基本概念简介目前我国超级计算机常年居于榜首但是高性能数值计算的应用还任重道远提纲高性能数值计算基本概念简介粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用高性能有限元数值仿真平台开发与初步应用粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用离散元（DEM,Cundall,1971）:计算颗粒运动与相互作用的数值方法理论基础:牛顿运动定律，动量守恒Cundall,PeterA.,andOttoDLStrack."Adiscretenumericalmodelforgranularassemblies."

Geotechnique

29.1(1979):47-65.FnFnV1V2F=Ma粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用离散元（DEM,Cundall,1971）:计算颗粒运动与相互作用的数值方法理论基础:牛顿运动定律，动量守恒难点：接触计算刚度、阻尼线性、非线性粘性……法向切向离散元典型计算流程粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用输入接触判断接触力计算牛顿第二定律速度与位移输出下一时步计算时域tstart

-tend离散元采用显示积分算法，可并行性非常高粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用CPU1CPU214PPDEM(PolyarcParallel-processingDiscreteElementModeling,PengchengFu)粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用15PPDEM(PolyarcParallel-processingDiscreteElementModeling,PengchengFu)粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用OpenMP共享内存并行计算界面友好VB-GUI易于开发Fortran任意二维凸形下面以砂土液化大变形细观机理研究为例介绍其应用16Undrainedcyclicphysicaltestsonsand:Post-liquefactionshearstrain（Kutteretal.,1994）（Zhangetal.,1997）粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用17Post-liquefactionshearstrainGeneratedatliquefactionstate,

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（Zhangetal.,1997）粒状非连续介质细观并行数值仿真及其应用18Po嗽st架-l动iq炒ue割fa竖ct鬼io牲n端sh镰ea至r格st笨ra师inγ0in堂cr炕ea约se帜swit例ht办he界num衣ber残of嚼lo炭adi丽ng管cyc鱼les择,w底hil洲et但he换str未ess没pa邪th锡and育st洗res榜s-s桑tra慎in多rel静ati斥ons确hip宽du陡rin耐gn防on-错liq约uef裕act寻ion衬st必ate棚re弃mai万ns惭unc握han义ged（Zh沿an范g痒et践a配l.蒜,锋19立97）粒状非捡连续介弃质细观祸并行数椅值仿真蓬及其应用19Pos顽t-l光iqu佛efa币cti白on斯she照ar惭str瓦ainAc蜘cu此mu煤la蚂ti缴on称o六fγ0slo钉ws或dow溪na设nd词eve腾ntu列all辩ysat屑ura归tes（Zh弊an翻g莲et抄a样l.装,不19瓣97）粒状揭非连回续介线质细摇观并涨行数圆值仿义真及柱其应用20Phy绕sic锁al巩tes博tDEM粒状摊非连庙续介区质细瓦观并金行数喊值仿唱真及德其应用21Typ督ica薪lD壁EM右Res顿ultCap庄tur良es援the贫cy辉cli坚cb薄eha具vio墨ro灵bse取rve泪di冷nl俯ab谈tes毒tsRep索rod讲uce道sa躬nd钓con崖fir戚msth欢ege捐ne知ra番ti河on签a汁nd列e枕ve池nt票ua累l使sa扩tu映ra饰ti专on饮o桃fpos盲t-l呼iqu肺efa翻cti项on远she度arst换ra赔in粒状非虑连续介染质细观茅并行数咱值仿真砌及其应用22Inf朱lue揪nce技ofqma拢xandpinCa冒nn采ot遭a肥cc龄ou蜻nt芳f踏or听t呜he逃g楼en顺er疗at扩io路n杏of助s怜he五ar皮s描tr族ai饶nγ0No耻i跟nf搬lu面en比ce它o梅nsat此ura昨tedshe算arst昌ra抖inγ0sqma器x=划35编kP睁apin=1艰00k朱Paqma扬x=2徒5kP味apin=赞80净kP严a粒状非蜘连续介水质细观划并行数农值仿真哄及其应用23Inf傲lue五nceofVoi近dR谣ati毛oeealo唐ne独doe煎sn映ot山det中erm盾inesa询tu骄ra微te镇d轮sh疗ea权rstr帝ainγ0sLoa境din腥gh报ist返ory菌al丛so呀pla笋ys逐ar器oleTh理er竞e惕is波n’萝t糊a史un乒iq灯ue润r奸el传at察io罗ns奶hi民p正be松tw剪ee班nean连dγ0s粒状非肢连续介响质细观辅并行数宰值仿真博及其应用24Ob冈se填rv阁at唤io敞ns册o原n捐Co投or膨di森na财ti颠on弟N泉um嘱be泽r会(a哄ve登ra蹦ge管n肤um志be睬r祝of寺c尾on网ta捏ct罢s局pe秩r永pa窜rt碗ic番le轨)In陪it住ia纠l:净a庸bo育ut3Ent礼ersliq兽uef戚act坊ionst共at霞e:2.2Li默qu嗓ef与ac喉ti宴on诵s蕉ta援teTh素e村co颈nt猎ac劝ts干(丘or漏l粉ac微k配of中)拘an拌d网in骑te辨rn趣al忍a透rr午an南ge懒me恳nt弹o疑f疮th红e煤pa行rt誉ic乒le秤s燃pl乐ay抹s讲an仍i旺mp筑or机ta发nt牵r病ol绢e票in进l倦iq彻ue狸fa艇ct场io衫n粒状非格连续介趣质细观揉并行数夹值仿真驰及其应用25Ob集se液rv诊at词io强ns挪o屋n据Co偏or团di宵na哥ti卫on仿N琴um月be广rTh鸣e隔co俱or挺di生na勿ti复on拆n兽um蔬be涌r太it狂se袍lf鹊c够an企no选t课pr剖op撇er婶ly认r考ef妨le敌ct虎t闪he树i镇nc遵re因as贝e泽inγ0Mi框ni忙mu考m喊co巷or包di夜na灰ti伐on爹n蓝um恳be即r萄in该e跑ac焦hpo港st芹-l聋iq裹ue暑fa何ct猫io亡ncy株cl财e粒状把非连塞续介壤质细线观并巾行数把值仿悄真及色其应用26Mic宝rom悼ech失ani耀cal元st寄ruc殊tur斑eIn末2D,3c刻ont叠act援sare钱ne次ede除df野or从ap绕art丽icl犁et困obea械rl陡oad广st蹄abl宴yCdr残op锯s尘be侍lo饲w威a阴ce覆rt缺ai妙n倦va扬lu腾e遗(2摊.2伟),瓦t格he都s翻am妥pl年e景lo棚se荡s营it页s扇ab哨il锤it胃y卸to指b相ea截r毯lo泳ad站a恶ndliq闹uef俊iesCan监not外ca档rryloa捉dCa报n神ca唇rr章y额lo沈ad粒状非饶连续介瓜质细观额并行数碧值仿真谋及其应用27New从co崖nce故pt:Ne油ig锯hb平or易in塔gPar欲tic塘le有Dis京tan健ce屑(NPD)Def线ini衔tio尝n:独Th异eNPDof柿an丈ind劫ivi锦dua述lp宽art晋icl救ei凉st竹he证mea奶ns扭urf酸ace雀-to扎-su映rfa栗ce视dis脑tan挣ce纤bet熊wee躬nt吩his胖pa蛛rti剖cle锣an衬di慈ts适nc惑los悠est固ne件igh撞bor猪pa蚕rti哥cle栏s,税wit姥hn匹be帐ing欣th唤en惹umb榴er嘱of脂con蜜tac筑ts方nee拦ded秃to允su蚊ppo恋rt童as蓝tab漆le筒loa报d-b私ear喝ingstr些uct仁ure滚.粒状腿非连盼续介坡质细砖观并糠行数敢值仿膜真及乔其应用N:3i程n2舱DD3D2D1校=028Ne票w狼fa杨br乱ic辩m码ea剪su否re此:Me集an仓N滨ei廊gh于bo肤ri拉ngPar蔑tic笼le幼Dis胀tan厚ce(MNP顽D)Themea流nv亮alu肤eo飞fNPDov宗er倦a揉ll园p险ar白ti栗cl蓝es鼓i震s球a铃fa固br义ic蚁c榴ha袖ra旅ct乔er资is磨ti遮c夹or饿i胁nt蛮er腊na迫l倚va豪ri绕ab偶le颗o覆f拌th嘴e件as泼se德mb评lyth溪atca架n旱be区c抓al间le露dMN森PDan于d薪de股fi种ne挖d查an敌al裙yt之ic盖al爽ly垮b港y粒状聚非连暗续介毒质细折观并纸行数积值仿惩真及美其应用N:3i党n2谨DD3D2D1=啦029New松fa夕bri割cm森eas斤ure箭:Mea絮nN往eig葵hbo姑rin闷gPar暗tic闯le董Dis梢tan璃ce狂(MN陪PD)Not粗ion泽:t声or绪efl蓝ect梳th顾ea邮mou谢nt熄of干rea踏rra施nge呆men锁tn冶eed穿ed衡to酱rea聚ch淘al重oad睬-be等ari欲ng缠sta胳teTh聪e功sm恢al徒le烧rMNP猾Dis,套th烤em蝇ore育st筝abl般et洽he盗gra取nul鹅ar岁ass灿emb叨ly墙is粒状非阻连续介星质细观微并行数爽值仿真呜及其应用N:3i向n2探DD3D2D1=素030Mea崇nN菌eig扭hbo矩rin洽gPar却tic歼le播Dis康tan奶ce(MNP受D)Pe绸ak影s出du柳ri萄ng扬l谈iq崇ue勉fa它ct忧io论nLi秩qu色ef以ac档ti橡on虎s榜ta忆teNo寇n-稳Li减qu缠ef兼ac任ti乌on首s仆ta韵teMN蹈PD粒状远非连播续介认质细野观并贵行数备值仿刷真及画其应用31Mea守nN昂eig谦hbo卫rin待gPar智tic毅le批Dis丝式tan剃ce(MNP影D)TheMN携PDmaxin庙e赵ac俘h伴po逐st泡-l鸦iq厉ue雁fa厌ct零io挣ncyc纯le厨fol严low炼sa螺si获mil喊ar答tre叠nd脾of挥inc饶rea僚se士and品sa堪tur扫ati钢on狮asγ0Str间ong膨co污rre扰lat届ionbe肠tw舞ee码nMN界PDma放xan总dγ0Max番imu垒mM族NPD堪in含ea来ch娃pos穷t-l峡iqu腥efa已cti温on生cyc俱leMNP竟Dma哀xMNP足Dma睛x粒状翁非连崇续介暮质细柜观并港行数些值仿拒真及慕其应用Mea协nN浪eig云hbo和rin科gPa兴rt柄ic计le敞D煎is领ta世nc配e(MN绞PD)Un凭iq昏ueco蓄rr正el劳at球io俗n障be看tw趴ee渐nMNP蛙Dmaxan破dγ0inea始chpos征t-l躲iqu掩efa卷cti元on仇cyc砌le镰for候te锡sts菊onth杠e馅sa编me饰m绣at笛er胸ia立l明re雪ga伏rd木le纲ss算o重f信sp梅ec旱im姓en蕉i守ni睬ti虑al组s脊ta陪te乱s,旷l崭oa亦di坐ng凉c歌on杰di极ti低on堤s,看a弓nd狭l衰oa党di防ng烘h虑is生to嗽ri卸es亡.Dat怪af慌rom锻17掩dif污fer索ent约te帐sts粒状廊非连惨续介赶质细遗观并薄行数荒值仿民真及齿其应用33Me雀an毫N祥ei戏gh驴bo怪ri乱ngPar夕tic泄le虎Dis舌tan肯ce(MN春PD)Uni稻quecor吊rel腹ati恐on爸bet顶wee寻ns表atu睁rat茫ed兼nei肠ghb倦ori秧ng扩par拨tic肯le集dis晶tan慎ceMNP目Dmax叹san议d限sh旅ea押r银st着ra短inγ0sDef师ini动tiv船ec河onn卡ect僚ion伸be农twe拉enγ0an枣d帮MN育PD瘦!粒状非泊连续介薪质细观腔并行数奸值仿真底及其应用34粒状非连骡续介胃质细扮观并岩行数斜值仿梅真及惭其应用小结利用岩并行乌离散篮元数趟值仿券真，直建立爱了砂轧土液裹化大挥变形标宏观索现象虑与新晴提出兰的理棋论可文测的些组构晚度量MNP质D之间的昼确定性货关系非连勿续介逃质数林值仿题真能添够有见效地姿用于威观测督目前畅实验喝技术肢尚无呢法观懒测的阀细观橡量，葡为进筝一步炒揭示南岩土坦材料林的力素学行羽为提闹供可择能目前仙我们习的研会究还茫以二狠维单寺相为眼主，锈下一涝步需尖要重仅点进扑行三地维化希，并估且引流入液误相开兄展耦姨合计华算，细发展喂“岩饺土材乞料数脂值试旧验机利”提纲高性面能数蒙值计馅算基库本概兆念简赤介粒状胸非连充续介叶质细观并行已数值仿秃真及其抵应用高性能欺有限元赌数值仿炒真平台按开发与果初步应像用高性河能有限元扩数值仿队真平台山开发与送初步应用GE近OS高性柱能有肠限元肃数值秀仿真牵平台LLN榜L开发（Se柱tt兔ga鸡st等）超高辩并行盟度分趟布式俊内存既并行首算法多物加理场公耦合挂计算具有较悼强的扩斩展性高性暮能有限蛮元数狮值仿命真平哪台开唇发与视初步应用GE盗OS高性能赖有限元痕数值仿盯真平台三维弹旷性波传模播算例Lin渣ear桑el筋ast睁ici贝ty8-n肚ode婚he潮xe缘瑞lem碧ent沿,r肢edu垦ced喝in歌teg象rat帖ionExp银lic啦it虫tim追ei后nte痰gra践tio智n~0.跌35M死el场eme顾nts沸pe菌rp岛art版iti盛onUp恶t炸o贼3.耗37袭5宏bi味ll执io战n末el道em摘en起ts>厉10治b层il窃li巧on赌D机OF1.5哑km易x漫1.5值km株x汇1.5涉km淹wi症th芒1m振re衫sol砖uti蠢onFu艺a瓣nd狮S百et掌tg移as挠t高性能有限元汪数值仿押真平台筹开发与访初步应用GEO悼S高性穴能有屋限元晌数值趁仿真钩平台10掌0亿自苏由度栽！高性且能有限听元数清值仿魔真平琴台开