Параллельная распределенная объектно-ориентированная вычислительная среда для конечно-элементного анализа

• Автор: Рычков, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЪЕКТНООРИЕНТИРОВАННАЯ РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСОВ ПРОГРАММ ДЛЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

1.1. Разработка вычислительной среды для конечноэлементного анализа.

1.2. Технологии разработки программного обеспечения

1.2.1. Эволюция технологий разработки программного обеспечения

1.2.2. Сравнение языков программирования С, С, I .

1.2.3. Инструментальные среды разработки программного обеспечения

1.3. Промежуточное программное обеспечение параллельных распределенных вычислений.

1.3.1. Модель обмена сообщениями

1.3.2. Удаленный вызов процедур.

1.3.3. Сравнение технологий I и .
2. ОБЪЕКТНООРИЕНТИРОВАННЫЕ МОДЕЛИ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И МЕТОДА ДЕКОМПОЗИЦИИ ОБЛАСТИ.
2.1. Основные шаги и уровни абстракции данных в методе конечных элементов.
2.2. Сравнение программных моделей метода конечных элементов.
2.3. Трехуровневая объектноориентированная модель метода конечных
элементов.
2.4. Метод декомпозиции области, основанный на конечноэлементной аппроксимации.
2.5. Построение моделей метода декомпозиции области
2.6. Объектноориентированная модель метода декомпозиции области на основе модели МКЭ.
3. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ КОМПОНЕНТЫ НА
ОСНОВЕ В МЕТОДЕ ДЕКОМПОЗИЦИИ ОБЛАСТИ.
3.1. Описание распределенной объектноориентированной модели на языке I
3.2. Связывание классов исходной объектноориентированной модели и классов инфраструктуры .
3.3. Реализация параллельных моделей на основе асинхронного вызова методов
3.4. Компонентная модель.
3.5. Совместное использование систем I и .
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ
ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ МЕТОДОМ
ПОДСТРУКТУР
4.1. Решение трехмерных задач линейной теории упругости
4.2. Метод подструктур.
4.3. Разработка параллельных распределенных компонентов метода подструктур
4.4. Численные эксперименты на многопроцессорной вычислительной системе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Технология позволяет создавать исполняемые модули из объектов, взаимодействующих между разными процессами и узлами вычислительной системы посредством CORBA, обеспечивает высокую производительность и гибкость в распараллеливании последовательного кода, дает возможность повторно использовать пакеты прикладных программ, реализованные с помощью MPI, в рамках интегрированных программных комплексов. Разработана вычислительная среда для конечно-элементного анапиза, которая обеспечивает разработку, реализацию и запуск прикладных расчетных программ. В основе комплекса лежит параллельная распределенная объектно-ориентированная модель метода конечных элементов и метода декомпозиции области, созданная с помощью технологии параллельных распределенных компонентов. Распределенная модель метода декомпозиции построена в соответствии с разделением области на подобласти: удаленными объектами заданы подобласть и узел, перемещаемыми - элементы, узлы, граничные условия, матрицы, векторы. В параллельной модели реализованы классы, обеспечивающие асинхронный вызов методов удаленных объектов класса подобласть, и модифицирована модель решения, связанная с разделенной областью. В вычислительную среду подключен MPI пакет линейной алгебры. Комплекс программ ориентирован на проведение междисциплинарных расчетов. С помощью вычислительной среды разработана параллельная распределенная модель метода подструктур, включающая прямые и итерационные схемы решения системы с дополнением Шура. Проведенные численные исследования показали высокую эффективность распараллеливания и масштабируемость программного обеспечения. Достоверность и обоснованность. Достоверность результатов работы обеспечивается применением объектно-ориентированного анализа к задачам математического моделирования, использованием языка программирования C++ и технологий CORBA, MPI. Обоснованность обеспечивается сравнением существующих технологий разработки программного обеспечения и технологий параллельных распределенных вычислений, анализом существующих объектно-ориентированных моделей метода конечных элементов и метода декомпозиции области, тестированием программ. На защиту выносится. Новый подход к построению комплекса программ для конечно-элементного анализа с использованием объектно-ориентированного программирования и промежуточного программного обеспечения CORBA и MPI. Технология разработки параллельных распределенных объектно-ориентированных моделей на основе обычных объектно-ориентированных моделей и промежуточного программного обеспечения CORBA. Объектно-ориентированная модель системы параллельных распределенных компонентов, реализующая данную методику. Технология включения MPI кода в параллельные распределенные объекты CORBA. Объектно-ориентированная модель интеграции пакетов прикладных программ, основанных на MPI. Результаты численных исследований напряженно-деформированного состояния трехмерных тел методом подструктур на многопроцессорной вычислительной системе. Практическая ценность. Методика построения параллельных распределенных объектно-ориентированных моделей на основе обычных объектно-ориентированных моделей и промежуточного программного обеспечения CORBA может применяться для реализации комплексов программ, связанных со сложными физико-математическими моделями и требующих больших вычислительных ресурсов. Методика позволяет поэтапно выполнить переход от обычной объектно-ориентированной модели к распределенной, а затем к параллельной модели с минимальной модификацией исходного кода, что значительно увеличивает скорость разработки программного обеспечения. Предлагаемый механизм интеграции MPI приложений в виде параллельных распределенных объектов CORBA обеспечивает возможность повторного использования прикладных MPI пакетов в составе сложных многокомпонентных программных комплексов для гетерогенных аппаратно-программных платформ. Разработанная вычислительная среда для конечно-элементного анализа является открытой программной системой и обеспечивает процесс быстрой разработки высокопроизводительных платформонезависимых прикладных программ. Данный комплекс программ позволяет решать задачи с различными видами конечных элементов, содержит аппарат для решения систем линейных уравнений, дает возможность включить новые параллельные алгоритмы решения. Вычислительная среда может быть использована в научно-исследовательских и конструкторских организациях. Апробация работы.