并行多极边界元的GMRES算法及其应用

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本文系统研究了静电场中多极展开法和极小残值算法,以及两者的结合点,将基于多极展开法的广义极小残值算法引入弹塑性边界元问题。对其过程中各环节的并行性分别进行了研究,设计了并行算法,并在所构建的集群系统上完成了程序实现。由于本方法的高效性和低的内存占有量,使边界元法运算大规模问题成为可能。 本文共分为5章: 第1章为绪论部分,概述了并行计算、并行边界元法和快速多极展开法的发展状况,指出了本课题的来源、内容和意义。 第2章介绍了集群系统的定义、特点、分类,以及集群系统环境下并行程序设计中两种消息传递机制——PVM和MPI,将其特点作了比较,对MPI作了重点介绍;并研究了集群系统的构建过程,进行了具体实施。 第3章介绍了并行算法的定义及其分类,提出了并行程序开发的基本概念,阐述了并行算法的设计思想及其性能评价指标,重点介绍并行程序设计中MPI的调用方式及其功能,并引入一种高效的调度策略。 第4章介绍了Krylov子空间方法的基础理论,并给出GMRES算法详细的迭代计算步骤及实用化处理,介绍了快速多极展开法的基本思想、相关理论及其使用条件,描述了基于快速多极展开法的广义极小残值算法。 第5章以弹塑性问题模型为例,叙述了基于FMM的GMRES算法在弹塑性边界元中的应用,并针对边界元问题自身固有的并行性,对其具体计算过程进行并行化研究,设计了基于集群系统的并行算法,最后通过对实验结果的分析,进一步体现了并行多极展开GMRES算法的正确性和实用价值。
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