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大规模结构动力学有限元并行计算
作者：范宣华等
出版社：科学出版社
出版时间：2021-09-01
ISBN：9787030697004
定价：¥180.00
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内容简介
《大规模结构动力学有限元并行计算》针对重大工程装备对大规模结构动力学有限元分析精细数值模拟的迫切需求，介绍相关算法理论以及基于自主PANDA平台的并行实现，涵盖模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析以及时程响应分析等主要结构动力学分析类型，每种分析类型给出详细的理论分析、算法设计、并行实现以及验证算例和典型复杂装备应用，多个应用算例计算能力达到“数亿自由度、上万CPU核”的水平。
作者简介
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目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 大规模结构动力学分析国内外研究现状 5
1.1.1 国外发展动态 6
1.1.2 国内发展动态 9
1.2 本书主要结构 11
1.3 本书主要特点 12
参考文献 13
第2章 并行计算框架和软件平台 16
2.1 并行计算框架 16
2.1.1 框架的概念 16
2.1.2 基于并行计算框架的软件研制思想 18
2.1.3 国内外典型的并行计算框架 19
2.1.4 JAUMIN框架 23
2.2 PANDA软件平台 27
2.2.1 PANDA平台的发展历程 27
2.2.2 PANDA平台的架构设计 30
2.2.3 PANDA平台下的主要软件 39
2.3 并行计算硬件的发展概况 42
2.4 本章小结 43
参考文献 44
第3章 大规模模态分析并行计算 46
3.1 模态分析研究进展 46
3.1.1 特征值算法方面进展 46
3.1.2 特征值计算软件研究进展 51
3.2 Krylov类子空间模态分析算法设计 54
3.2.1 基本的Arnoldi算法 54
3.2.2 隐式重启动Arnoldi算法 55
3.2.3 Krylov-Schur算法 58
3.2.4 谱变换与大型稀疏线性方程组求解 60
3.2.5 算法设计 64
3.3 Davidson类子空间模态分析算法设计 67
3.3.1 基本Davidson算法 68
3.3.2 标准Jacobi-Davidson算法 69
3.3.3 模态分析中的Jacobi-Davidson算法设计 71
3.4 模态分析并行计算实现及应用 78
3.4.1 模态分析并行实现 78
3.4.2 模态分析应用实例 80
3.5 本章小结 88
参考文献 90
第4章 大规模谐响应分析并行计算 94
4.1 谐响应分析理论体系 94
4.1.1 节点力谐响应分析 94
4.1.2 基础激励谐响应分析 96
4.1.3 基础激励和节点力共同作用下的谐响应分析 102
4.1.4 多点定频激励响应分析 103
4.1.5 谐响应分析中的应力求解 104
4.2 谐响应分析算法设计与并行实现 105
4.2.1 谐响应分析算法设计 105
4.2.2 谐响应分析曲线频率离散算法 107
4.2.3 谐响应分析并行实现 108
4.3 谐响应分析并行计算应用 112
4.3.1 扇形体 Benchmark算例 112
4.3.2 光机装置应用算例 115
4.4 本章小结 117
参考文献 118
第5章 大规模响应谱分析并行计算 119
5.1 响应谱分析相关理论 120
5.1.1 响应谱分析基本概念与假设 120
5.1.2 地震响应谱基本理论 121
5.1.3 设计响应谱 122
5.1.4 基于模态叠加法的单点响应谱分析理论 123
5.1.5 基于模态叠加法的多点响应谱分析理论 125
5.1.6 模态组合方法 126
5.2 响应谱分析算法设计与并行实现 128
5.2.1 响应谱分析算法设计 128
5.2.2 响应谱分析并行实现 128
5.2.3 响应谱分析主要计算流程 130
5.2.4 谱曲线管理 134
5.2.5 响应谱分析的后处理 137
5.2.6 响应谱分析输入文件 137
5.3 响应谱分析并行计算应用 140
5.3.1 扇形体Benchmark算例 140
5.3.2 核电站地震响应分析应用算例 143
5.3.3 光机装置应用算例 146
5.4 本章小结 148
参考文献 149
第6章 大规模随机振动分析并行计算 151
6.1 随机振动相关理论及算法设计 151
6.1.1 单点基础激励随机振动分析 151
6.1.2 多点基础激励随机振动分析 156
6.1.3 自由体多点脉动压力下的随机振动分析 166
6.2 随机振动并行实现 178
6.2.1 多点基础激励随机振动分析并行实现 178
6.2.2 自由体多点脉动压力随机振动分析并行实现 186
6.3 随机振动分析并行计算应用 190
6.3.1 Benchmark算例 190
6.3.2 光机和飞行器典型应用算例 194
6.4 本章小结 204
参考文献 205
第7章 振动时程响应分析并行计算 206
7.1 Newmark法及其并行实现 206
7.1.1 Newmark法相关理论 206
7.1.2 Newmark法在PANDA中的并行实现 208
7.1.3 数值算例 209
7.2 Wilson-θ法及其并行实现 215
7.2.1 Wilson-θ法相关理论 215
7.2.2 Wilson-θ法在PANDA中的并行实现 218
7.2.3 数值算例 219
7.3 基于模态叠加和Simpson数值积分的时程分析与并行实现 222
7.3.1 模态叠加与Simpson积分相关算法理论 222
7.3.2 Simpson时程积分算法在PANDA中的并行实现 229
7.3.3 数值算例 234
7.4 本章小结 236
参考文献 237
致谢 239
索引 240
第1章 绪论 1
1.1 大规模结构动力学分析国内外研究现状 5
1.1.1 国外发展动态 6
1.1.2 国内发展动态 9
1.2 本书主要结构 11
1.3 本书主要特点 12
参考文献 13
第2章 并行计算框架和软件平台 16
2.1 并行计算框架 16
2.1.1 框架的概念 16
2.1.2 基于并行计算框架的软件研制思想 18
2.1.3 国内外典型的并行计算框架 19
2.1.4 JAUMIN框架 23
2.2 PANDA软件平台 27
2.2.1 PANDA平台的发展历程 27
2.2.2 PANDA平台的架构设计 30
2.2.3 PANDA平台下的主要软件 39
2.3 并行计算硬件的发展概况 42
2.4 本章小结 43
参考文献 44
第3章 大规模模态分析并行计算 46
3.1 模态分析研究进展 46
3.1.1 特征值算法方面进展 46
3.1.2 特征值计算软件研究进展 51
3.2 Krylov类子空间模态分析算法设计 54
3.2.1 基本的Arnoldi算法 54
3.2.2 隐式重启动Arnoldi算法 55
3.2.3 Krylov-Schur算法 58
3.2.4 谱变换与大型稀疏线性方程组求解 60
3.2.5 算法设计 64
3.3 Davidson类子空间模态分析算法设计 67
3.3.1 基本Davidson算法 68
3.3.2 标准Jacobi-Davidson算法 69
3.3.3 模态分析中的Jacobi-Davidson算法设计 71
3.4 模态分析并行计算实现及应用 78
3.4.1 模态分析并行实现 78
3.4.2 模态分析应用实例 80
3.5 本章小结 88
参考文献 90
第4章 大规模谐响应分析并行计算 94
4.1 谐响应分析理论体系 94
4.1.1 节点力谐响应分析 94
4.1.2 基础激励谐响应分析 96
4.1.3 基础激励和节点力共同作用下的谐响应分析 102
4.1.4 多点定频激励响应分析 103
4.1.5 谐响应分析中的应力求解 104
4.2 谐响应分析算法设计与并行实现 105
4.2.1 谐响应分析算法设计 105
4.2.2 谐响应分析曲线频率离散算法 107
4.2.3 谐响应分析并行实现 108
4.3 谐响应分析并行计算应用 112
4.3.1 扇形体 Benchmark算例 112
4.3.2 光机装置应用算例 115
4.4 本章小结 117
参考文献 118
第5章 大规模响应谱分析并行计算 119
5.1 响应谱分析相关理论 120
5.1.1 响应谱分析基本概念与假设 120
5.1.2 地震响应谱基本理论 121
5.1.3 设计响应谱 122
5.1.4 基于模态叠加法的单点响应谱分析理论 123
5.1.5 基于模态叠加法的多点响应谱分析理论 125
5.1.6 模态组合方法 126
5.2 响应谱分析算法设计与并行实现 128
5.2.1 响应谱分析算法设计 128
5.2.2 响应谱分析并行实现 128
5.2.3 响应谱分析主要计算流程 130
5.2.4 谱曲线管理 134
5.2.5 响应谱分析的后处理 137
5.2.6 响应谱分析输入文件 137
5.3 响应谱分析并行计算应用 140
5.3.1 扇形体Benchmark算例 140
5.3.2 核电站地震响应分析应用算例 143
5.3.3 光机装置应用算例 146
5.4 本章小结 148
参考文献 149
第6章 大规模随机振动分析并行计算 151
6.1 随机振动相关理论及算法设计 151
6.1.1 单点基础激励随机振动分析 151
6.1.2 多点基础激励随机振动分析 156
6.1.3 自由体多点脉动压力下的随机振动分析 166
6.2 随机振动并行实现 178
6.2.1 多点基础激励随机振动分析并行实现 178
6.2.2 自由体多点脉动压力随机振动分析并行实现 186
6.3 随机振动分析并行计算应用 190
6.3.1 Benchmark算例 190
6.3.2 光机和飞行器典型应用算例 194
6.4 本章小结 204
参考文献 205
第7章 振动时程响应分析并行计算 206
7.1 Newmark法及其并行实现 206
7.1.1 Newmark法相关理论 206
7.1.2 Newmark法在PANDA中的并行实现 208
7.1.3 数值算例 209
7.2 Wilson-θ法及其并行实现 215
7.2.1 Wilson-θ法相关理论 215
7.2.2 Wilson-θ法在PANDA中的并行实现 218
7.2.3 数值算例 219
7.3 基于模态叠加和Simpson数值积分的时程分析与并行实现 222
7.3.1 模态叠加与Simpson积分相关算法理论 222
7.3.2 Simpson时程积分算法在PANDA中的并行实现 229
7.3.3 数值算例 234
7.4 本章小结 236
参考文献 237
致谢 239
索引 240
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