三维大型结构地震反应分析并行计算方法研究

随着科学技术的快速进步和经济条件的迅速改善,世界各地对大型结构的需求越来越大。对这些大型结构进行地震反应分析时,存在两个科学技术上的挑战:①结构的有限元模型的单元数和自由度数巨大;②该类结构受高阶振型影响较大,需要建立高阶的求解方程。并行计算技术的出现,为顺利的求解该类型结构,确保计算精度,提供了很好的方法和手段。本研究利用并行计算技术,研究了大型结构的地震反应分析方法。研究内容主要包括以下几个方面:(1)深入研究了区域剖分方法的国内外研究现状,对部分方法编制了C/C++程序并进行区域剖分效果的对比,分析了各个方法的优缺点及适用范围。(2)对各种区域分解算法进行了深入的研究,分析总结了各种常用算法的优缺点。(3)专门对子结构分析方法进行了研究,编制了相应的C/C++程序,并利用ANSYS     

施甸盆地三维地震动研究

本文利用三维施甸盆地模型以及川滇地区的地壳速度结构,采用谱元法和并行计算技术,考虑地形的影响,模拟了盆地外围中等设定地震作用下施甸盆地地震波的传播,分析了面波的产生和传播,研究了该盆地不同位置剖面地震动的差异和原因.研究表明,小型盆地在中等地震的作用下盆地内部地震动空间差异很大,盆地中较深的小型凹陷更容易汇聚面波,形成更强的振动,位于覆盖层厚度剧烈变化区域的地震动强度也会很大,甚至大于覆盖层厚的区域.较基岩地震动,盆地内地震动持续时间明显增加,地震动的放大作用明显,这也是盆地震害严重的主要原因之一.     

雷达回波外推算法的并行化及实现

为了提高雷达外推TERC算法的效率,首先分析了TREC算法的原理与过程,找出算法计算密集型部分;在此基础上,采用基于多线程的并行计算对算法进行优化,并使用Windows线程库的API实现多线程编程;最后,通过实验比较串行算法和并行算法的运行时间。结果表明,并行算法发挥了多核处理器的优势,大幅提升了效率。     

基于集群的影像并行OPTA算法研究

并行计算是提高海量遥感影像细化处理速度的有效途径.基于对OPTA细化算法的分析,深入研究OPTA细化并行算法中数据划分和数据通信优化等关键问题,提出一种适合集群并行处理的通信优化并行算法,实验证明该算法具有良好的加速比,适合集群计算环境下海量遥感影像的细化处理.     

利用流水线技术的遥感影像并行处理

针对现有的OpenMP和直接的线程并行法难以对遥感影像处理链进行加速的问题,引入流水线概念对复杂的功能链进行并行加速,提出了基于流水线技术的遥感影像并行处理方法。影像处理实验验证了流水线在遥感影像多级连续处理方面的优势。     

基于OpenCL的显卡加速射线能谱数据处理

极大似然算法在核探测谱线中能够进行全谱解析,可以有效分解能量差为2/3FWHM重叠峰,但是由于该算法计算量大、耗时多而制约实际应用.这里采用OpenCL(Open Compu-ting Language,开放运算语言)平台,在异构系统中利用GPU的并行运算能力,实现RL算法的并行计算.通过测试,在特定平台下该算法可以有效地提高运行效率,运行时间为原有的1/30,提高了该算法的实际可行性.     

汶川大地震地震波传播的谱元法数值模拟研究

汶川大地震震中位于震害活跃的龙门山断裂带上,其强度超过1976年唐山大地震．地震激发的地震波可以用来研究震源破裂过程及地球内部的层次结构．从弹性波理论基础出发,采用AK135理论地球模型,考虑地表地形、地球介质衰减及地球椭率等特性,利用谱元法结合高性能并行计算,分别对人工点源和复合源所激发的汶川大地震地震波的全球传播过程进行数值模拟重现．数值模拟结果显示了地震波在地球表面的传播形态．通过比较发现,复合源数值模拟结果较点源数值模拟结果更能体现汶川地震震源破裂过程的时空特性．另外,将两种震源的数值模拟结果分别与实际观测台站记录波形资料进行拟合对比,进一步定性地认识到多个点源组成的复合源的数值模拟结果较单个点源的数值模拟结果与实际观测资料的拟合程度更好,证明了汶川大地震破裂过程为多阶段破裂组成的一个复合破裂过程．     

基于三维非线性有限元的边坡稳定分析方法

刚体极限平衡法不能反映岩体中实际的应力分布,而基于有限元的强度折减系数法在判断收敛性方面存在一些问题。为了解决这些问题,采用多重网格法,分别建立用于有限元计算的结构网格和用于计算滑面稳定安全系数的滑面网格,可以方便地获得任意滑面或滑块的稳定安全系数,从而将非线性有限元和极限平衡分析结合起来。为了提高计算规模和计算精度,采用有限元并行计算程序TFINE.Pfem进行计算,分析了网格密度对计算结果精度的影响,并应用于锦屏高边坡的稳定分析中。与刚体极限平衡法结果的对比分析表明,由于考虑了计算过程中的非线性应力调整,该方法的计算结果比刚体极限平衡法偏大,而且更符合实际情况。     

局部型地形因子并行计算方法研究

 随着分析区域的扩展及需求精度的提高,数据-计算密集型地形分析亟需通过并行化来满足用户的时间响应需求。局部型地形因子是以一定半径的分析窗口(通常为3×3)计算且具有单元计算结果独立性的地形信息,是数字地形分析的基本参数。本文在分析局部型地形因子串行算法特征的基础上,以坡度算法为样本,对局部型地形因子的并行计算方法进行了深入研究。从数据并行的角度,对并行计算环境下的数据划分粒度、方式及结果融合策略进行了分析,构建了局部型地形因子的并行计算方法。利用SRTM陆地表面地形DEM数据,设计了坡度并行计算的实验以验证其方法的正确性和实用性。实验结果表明,本文提出的并行计算方法顾及了任务、数据及计算环境,可快速对局部型地形因子串行算法进行并行化改造,提高算法的执行效率,具有较好的并行性能。     

OpenMP并行计算在全球电离层反演中的应用

对全球电离层反演数据处理中的计算密集型任务进行分析,针对数据预处理、组建法方程矩阵、参数预消除和法方程矩阵求逆等主要模块设计了基于OpenMP（Open Multi-Processing）的并行计算方案。该实验方案在单台服务器下实施,通过算例验证了本文并行计算方案的有效性和可靠性。实验结果表明:采用并行计算后,全球电离层快速解执行时间只需要10~13 min,计算速度加快了约6倍;最终解执行时间只需要39~47 min,计算速度加快了约5倍。本文全球电离层模型精度约为2.8~3.8 TECU,最终解模型精度相比快速解精度提高了约0.2 TECU,与IGS各个分析中心电离层产品精度基本相当。