基于GPU的杆系离散元并行算法在大型工程结构中的应用

作     者：叶继红 王佳 YE Ji-hong;WANG Jia

作者机构：中国矿业大学江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室徐州221116 中国矿业大学徐州市工程结构火灾安全重点实验室徐州221116 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2021年第38卷第2期

页      面：1-7页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0835[工学-软件工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 081202[工学-计算机软件与理论] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发资助计划项目(2017YFC1500702) 国家自然科学基金面上项目(51978655) 

主　　题：离散单元法 杆系结构 几何非线性 GPU并行计算 CPU-GPU异构平台 

摘      要：杆系DEM(离散元,discrete element method)是求解结构强非线性问题的有效方法,但随着结构数值计算规模的扩大,杆系DEM所需要的计算时间也随之急剧膨胀。为了提高杆系DEM的计算效率,该研究提出单元级并行、节点级并行的计算方法,基于CPU-GPU异构平台,建构了杆系DEM并行计算框架,编制了相应的几何非线性计算程序,实现了杆系DEM的GPU多线程并行计算。对杆系DEM并行算法的设计主要包括数据存储方式、GPU线程计算模式、节点物理量集成方式以及数据传输优化。最后采用大型三维框架、球壳结构模型分别验证了杆系DEM并行算法的计算精度,并对杆系DEM并行算法进行了计算性能测试,测试结果表明杆系DEM并行算法加速比最高可达12.7倍。