結構動力學并行計算方法及應用

內容概要

本書系統(tǒng)介紹了結構動力學并行計算的理論方法、關鍵技術、軟件系統(tǒng)和應用實例。主要內容包括并行計算機的發(fā)展現(xiàn)狀和并行算法設計的基礎知識，結構動力學并行計算的理論基礎、軟件設計方法和系統(tǒng)集成方法，結構動力學并行計算的三類主要方法(隱式并行計算方法、顯式并行計算方法和精細積分并行計算方法)以及在土木工程和機械工程中的典型應用實例。    本書體系完整、內容豐富、取材新穎。可供從事計算數(shù)學、計算力學、并行計算、高性能計算、計算機仿真、計算機輔助工程、機械結構設計、建筑結構設計等領域研究與應用的技術人員參考。

作者簡介

金先龍，男，博士，1961年8月出生?，F(xiàn)任上海交通大學機械與動力工程學院、上海交通大學機械系統(tǒng)及振動國家重點實驗室教授、博士生導師，上海交通大學高性能計算中心主任，上海超級計算中心上海交通大學分中心主任，全國專用汽車技術標準專業(yè)委員會副主任，全國計算機學會高性能計算專業(yè)委員會理事，上海市道路交通安全協(xié)會常務理事，上海市道路交通事故預防咨詢專家等。
    金先龍教授長期致力于利用計算數(shù)學、計算力學的最新理論，計算機科學與工程的最新技術，解決工程實際問題。在理論上，主要研究非線性結構動力學、流固耦合系統(tǒng)動力學的數(shù)值計算方法。在技術上，主要研究并行計算、網(wǎng)格計算和分布計算等高性能計算技術。在應用上，主要集中在解決交通運輸、現(xiàn)代工業(yè)、重大工程、國防裝備等領域的復雜結構動力學問題。
    1985年至今，金先龍教授以第一作者和第二作者（第一作者是其指導的研究生）共發(fā)表學術論文120余篇，其中，SCI收錄l3篇，EI收錄80余篇。撰寫了學術專著《交通事故數(shù)字化重構理論與實踐》，參加編寫了《汽車工程手冊（設計篇）》、《專用汽車設計》、《專用汽車構造》、《國外專用汽車新技術》等專業(yè)書和教材。
    2000年至今，金先龍教授作為項目負責人和主要參加者先后承擔了近20項國家和上海市的科研項目。其中包括：國家自然基金重點項目1項、國家自然基金面上項目2項、國家863計劃課題4項、國家教育部博士點基金項目1項、國家科技部社會共益項目1項、上海市科委攻關項目3項、上海市信息委信息化專項6項等。有6項成果通過了上海市科委的鑒定，達到了國際先進水平。申請發(fā)明專利（已公開）10項，獲得計算機軟件著作權8項。
    2005年，金先龍教授作為第一完成人的科研成果“基于超級計算機的結構動力學并行算法設計、軟件開發(fā)與工程應用”獲得了上海市科學技術進步獎一等獎。

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  結構動力學并行計算的目的與意義  1.2  并行計算機與并行軟件的發(fā)展現(xiàn)狀    1.2.1  并行計算機的發(fā)展現(xiàn)狀    1.2.2  并行軟件開發(fā)環(huán)境的發(fā)展現(xiàn)狀    1.2.3  并行計算程序庫的發(fā)展現(xiàn)狀    1.2.4  并行計算有限元軟件的發(fā)展現(xiàn)狀  1.3　并行算法設計的基礎知識    1.3.1　并行算法的評估標準    1.3.2　并行算法的設計流程  1.4　本書內容安排第2章　結構動力學并行計算的理論基礎  2.1　稀疏矩陣理論    2.1.1　稀疏矩陣的存儲形式    2.1.2　稀疏矩陣結構的圖表示    2.1.3　稀疏矩陣的分塊技術    2.1.4　稀疏矩陣的排序  2.2　線性方程組的計算方法    2.2.1　直接求解法    2.2.2　迭代求解法  2.3　特征值問題的計算方法    2.3.1  Lanczos過程    2.3.2  Lanczos算法    2.3.3  隱式重啟動Arnoldi（Lanczos）方法第3章　結構動力學并行計算的程序設計方法  3.1　數(shù)學計算的并行程序庫    3.1.1  線性方程組直接求解法的并行程序庫    3.1.2　線性方程組迭代求解法的并行程序庫    3.1.3　特征值問題求解的并行程序庫  3.2  結構動力學的并行計算程序    3.2.1　結構靜力分析的并行計算程序    3.2.2　結構模態(tài)分析的并行計算程序    3.2.3　結構屈曲分析的并行計算程序  3.3　計算實例    3.3.1　結構靜力分析的計算實例    3.3.2　結構模態(tài)分析的計算實例    3.3.3　結構屈曲分析的計算實例第4章　結構動力學并行計算的系統(tǒng)集成方法  4.1　求解器軟件集成方法    4.1.1  Nastran二次開發(fā)    4.1.2  DMAP的結構和功能    4.1.3　方程組的自由度    4.1.4　建立新的求解序列  4.2　前后處理器軟件集成方法    4.2.1  Patran二次開發(fā)    4.2.2  PCL的結構與功能  4.3　應用實例    4.3.1  項目背景與總體思路    4.3.2  求解器集成軟件    4.3.3  前后處理器集成軟件第5章  結構動力學的隱式并行計算方法  5.1  隱式計算的基本原理    5.1.1  中心差分法隱式格式    5.1.2  Newmark法  5.2  隱式計算的并行方法    5.2.1  并行排序    5.2.2  并行數(shù)值分解    5.2.3  并行符號分解    5.2.4  并行求解三角方程  5.3  隱式計算的并行程序  5.4  計算實例    5.4.1  計算模型    5.4.2  并行加速比第6章  結構動力學的顯式并行計算方法  6.1  顯式計算的基本原理    6.1.1  顯式計算的控制方程    6.1.2  顯式計算的遞推方程    6.1.3顯式計算的關鍵問題  6.2　顯式計算的并行方法    6.2.1　區(qū)域分割方法    6.2.2　臨界子區(qū)域數(shù)的確定    6.2.3　接觸均衡的區(qū)域分割方法  6.3　計算實例    6.3.1  空心管碰撞過程的數(shù)值模擬    6.3.2　汽車碰撞過程的數(shù)值模擬第7章　結構動力學的精細積分并行計算方法  7.1　精細積分法的基本原理    7.1.1　結構動力方程的積分變換    7.1.2　指數(shù)矩陣的精細計算    7.1.3　積分方程的多種求解格式    7.1.4　精細積分法的誤差    7.1.5　精細積分法的穩(wěn)定性    7.1.6　精細積分法的參數(shù)選擇    7.1.7　指數(shù)矩陣的自適應算法  7.2　精細積分法的并行計算    7.2.1  Fourier展開格式的并行計算    7.2.2　直接積分和級數(shù)解格式的并行計算    7.2.3　細粒度并行算法  7.3　計算實例    7.3.1  Fourier級數(shù)格式的并行計算實例    7.3.2  直接積分格式的并行計算實例    7.3.3　級數(shù)解格式的并行計算實例    7.3.4  精細積分法的細粒度并行計算實例第8章　并行計算在土木工程中的典型應用  8.1　海島碼頭工程場地地震反應的數(shù)值模擬    8.1.1  項目背景    8.1.2　工程場地三維實體建模    8.1.3　工程場地三維有限元建模    8.1.4　邊界條件和基巖輸入    8.1.5　數(shù)值模擬結果及分析  8.2　沉管隧道結構抗震性能的數(shù)值模擬    8.2.1　項目背景    8.2.2　沉管隧道三維實體建模    8.2.3　沉管隧道三維有限元建模    8.2.4　材料特性的選擇    8.2.5　數(shù)值模擬結果及分析第9章　并行計算在機械工程中的典型應用  9.1　汽車碰撞安全性的數(shù)值模擬    9.1.1  項目背景    9.1.2　汽車三維有限元建模    9.1.3  汽車正面碰撞的數(shù)值模擬    9.1.4　汽車碰撞事故再現(xiàn)  9.2　柔性儲液容器流固耦合的數(shù)值模擬    9.2.1　項目背景    9.2.2　流固耦合數(shù)值模擬的理論基礎    9.2.3　流固耦合數(shù)值模擬的典型應用參考文獻

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