大规模结构动力学有限元并行计算

本书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。本书可供从事计算力学、计算数学、高性能计算、计算机仿真、计算机辅助工程、复杂装备机械结构设计等学科领域的科学研究和工程技术人员参考，也可供相关学科的高年级本科生、研究生学习参考。

范宣华，男，1981年1月生，山东日照人。中国工程物理研究院总体工程研究所研究员，博士生导师。2013年获北京大学理学博士学位，近年先后获中物院“双百人才”、“邓稼先青年科技奖”、四川省学术和技术带头人后备人选、四川省青年科技奖等荣誉称号，2019年入选四川省“XX万人计划”，兼任中国振动工程学会模态分析与试验专委会/结构动力学专委会委员、中国数字仿真联盟专家委员会委员、中国南方计算力学联络委员会委员、四川省科技青年联合会常务理事等职。主持国家自然科学基金面上项目2项，主持/参与其他省部级以上课题20余项，发表论文50余篇，申请专利/软件著作权20余份。

第1章 绪论
1.1 大规模结构动力学分析国内外研究现状
1.1.1 国外发展动态
1.1.2 国内发展动态
1.2 本书主要结构
1.3 本书主要特点
参考文献
第2章 并行计算框架和软件平台
2.1 并行计算框架
2.1.1 框架的概念
2.1.2 基于并行计算框架的软件研制思想
2.1.3 国内外典型的并行计算框架
2.1.4 JAUMIN框架
2.2 PANDA软件平台
2.2.1 PANDA平台的发展历程
2.2.2 PANDA平台的架构设计
2.2.3 PANDA平台下的主要软件
2.3 并行计算硬件的发展概况
2.4 本章小结
参考文献
第3章 大规模模态分析并行计算
3.1 模态分析研究进展
3.1.1 特征值算法方面进展
3.1.2 特征值计算软件研究进展
3.2 Krylov类子空间模态分析算法设计
3.2.1 基本的Arnoldi算法
3.2.2 隐式重启动Arnoldi算法
3.2.3 Krylov-Schur算法
3.2.4 谱变换与大型稀疏线性方程组求解
3.2.5 算法设计
3.3 Davidson类子空间模态分析算法设计
3.3.1 基本Davidson算法
3.3.2 标准Jacobi-Davidson算法
3.3.3 模态分析中的Jacobi-Davidson算法设计
3.4 模态分析并行计算实现及应用
3.4.1 模态分析并行实现
3.4.2 模态分析应用实例
3.5 本章小结
参考文献
第4章 大规模谐响应分析并行计算
4.1 谐响应分析理论体系
4.1.1 节点力谐响应分析
4.1.2 基础激励谐响应分析
4.1.3 基础激励和节点力共同作用下的谐响应分析
4.1.4 多点定频激励响应分析
4.1.5 谐响应分析中的应力求解
4.2 谐响应分析算法设计与并行实现
4.2.1 谐响应分析算法设计
4.2.2 谐响应分析曲线频率离散算法
4.2.3 谐响应分析并行实现
4.3 谐响应分析并行计算应用
4.3.1 扇形体Benchmark算例
4.3.2 光机装置应用算例
4.4 本章小结
参考文献
第5章 大规模响应谱分析并行计算
5.1 响应谱分析相关理论
5.1.1 响应谱分析基本概念与假设
5.1.2 地震响应谱基本理论
5.1.3 设计响应谱
5.1.4 基于模态叠加法的单点响应谱分析理论
5.1.5 基于模态叠加法的多点响应谱分析理论
5.1.6 模态组合方法
5.2 响应谱分析算法设计与并行实现
5.2.1 响应谱分析算法设计
5.2.2 响应谱分析并行实现
5.2.3 响应谱分析主要计算流程
5.2.4 谱曲线管理
5.2.5 响应谱分析的后处理
5.2.6 响应谱分析输入文件
5.3 响应谱分析并行计算应用
5.3.1 扇形体Benchmark算例
5.3.2 核电站地震响应分析应用算例
5.3.3 光机装置应用算例
5.4 本章小结
参考文献
第6章 大规模随机振动分析并行计算
6.1 随机振动相关理论及算法设计
6.1.1 单点基础激励随机振动分析
6.1.2 多点基础激励随机振动分析
6.1.3 自由体多点脉动压力下的随机振动分析
6.2 随机振动并行实现
6.2.1 多点基础激励随机振动分析并行实现
6.2.2 自由体多点脉动压力随机振动分析并行实现
6.3 随机振动分析并行计算应用
6.3.1 Benchmark算例
6.3.2 光机和飞行器典型应用算例
6.4 本章小结
参考文献
第7章 振动时程响应分析并行计算
7.1 Newmark法及其并行实现
7.1.1 Newmark法相关理论
7.1.2 Newmark法在PANDA中的并行实现
7.1.3 数值算例
7.2 Wilson-θ法及其并行实现
7.2.1 Wilson-θ法相关理论
7.2.2 Wilson-θ法在PANDA中的并行实现
7.2.3 数值算例
7.3 基于模态叠加和Simpson数值积分的时程分析与并行实现
7.3.1 模态叠加与Simpson积分相关算法理论
7.3.2 Simpson时程积分算法在PANDA中的并行实现
7.3.3 数值算例
7.4 本章小结
参考文献
致谢
索引