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2023-09-26

并行化

在有限元法(FEM)软件中,并行化是指为了加速复杂工程问题的分析和仿真,在多个处理器或内核之间划分和分配计算任务的过程。 并行计算使软件能够利用现代多核 CPU 甚至分布式计算集群的强大功能来处理更大型和更复杂的模拟。

以下是有限元软件中并行化的一些关键方面:

截面分解: 一种常见的并行化方法是将仿真域划分为更小的子域。 然后将每个子域分配给不同的处理器或内核,在这些不同的部分上并发执行计算。 当局部计算完成后,将各个结果进行组合得到全局解。

在 RFEM 6 和 RSTAB 9 中使用了该技术来并行计算荷载工况和荷载组合。 每一个内核都会启动一个求解器实例,然后一个接一个地计算荷载工况或荷载组合。

多线程和多处理: 有限元软件可以使用多线程和多处理技术来并行计算。 多线程就是将一个程序划分成可以并发执行的更小的线程。 多处理涉及同时运行多个独立的进程或任务。

在 RFEM 6 中可以使用这两种方法。

会启动多个独立的求解器进程来并行计算荷载工况和荷载组合。 这就是多重处理的技术。

如果直接求解器用于一个荷载工况或荷载组合的单独计算,则工作负载被分成几个线程来求解方程组。

可扩展性: 可扩展性是指 FEM 软件对处理器或内核数量不断增加的处理能力。 一个优秀的并行有限元软件应该具有良好的可扩展性。

并行库和应用程序编程接口: 许多 FEM 软件包利用并行编程库和 API(应用程序编程接口)来有效地实现并行化。 示例包括 OpenMP、CUDA(用于 GPU 并行化)等。

在 RFEM 6 中使用 OpenMP 来实现多线程。

在 RFEM 6 中不使用 CUDA。 因此无法在图形卡或类似的计算加速器上进行计算。

求解器并行: 在有限元模拟中,解决线性方程组是一个常见的瓶颈。 高级求解器可以并行化,以提高求解速度。

预处理和后处理: 虽然这里重点介绍了求解器阶段的并行化,但并行化也可以应用于有限元分析的其他方面,例如预处理(网格生成、建模)和后处理(可视化、数据分析)。

在 RFEM 6 和 RSTAB 9 中通过多线程并行处理预处理和后处理。

有限元软件的并行处理可以显着缩短仿真时间,使工程师和研究人员能够高效地分析大型和复杂的问题。

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