申请/专利权人：西南交通大学

申请日：2022-01-17

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN114580144B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F9/50;G06T1/20;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2022.06.21#实质审查的生效;2022.06.03#公开

摘要：本发明涉及近场动力学问题的加速计算领域，尤其涉及近场动力学问题的GPU并行实施方法。本发明提供了近场动力学问题的GPU并行实施方法，利用GPU设备，使用其读写效率高的寄存器和共享内存进行计算，以及常量参数使用有广播机制的常量内存，从而实现了远高于现有方法的加速效果，克服了未能充分利用GPU设备和并行方案，导致的计算效率提升有限的问题。

主权项：1.近场动力学问题的GPU并行实施方法，其特征在于，方法步骤如下：S1、创建包含模型的几何、材料及其他参数的结构体PD_Parameter；在主机端CPU声明PD_Parameter的全局变量，在设备端GPU声明常量内存变量；结构体PD_Parameter还包含模型总质点数N、最大邻居点数MN、积分质点数N_Int、质点间距Δ、近场范围δ、以及x、y、z方向质点数；S2、分别创建包含与质点和键相关的数组的结构体Atom和Bond；S3、对主机端的PD_Parameter进行赋值并传递到设备端常量内存变量；S4、为结构体Atom和Bond的数组分配设备内存，其中与质点相关数组分配N*单个数据字节数的内存，与键相关的数组分配最大可能内存N*MN*单个数据字节数，每个连续的MN区间内存放一个质点近场范围内的所有键的属性数据；S5、将各物质点的坐标计算式对应地映射到GPU的各个线程，启动同总质点数相同的线程，每个点映射到其特有线程上；S6、生成每个质点的邻域内作用，确定质点的邻居点数目数组NN和索引数组NL，同样按照点映射的方式并行；S7、对质点的体积进行修正，在这个过程中确定原始键长数组idist和体积修正系数数组fac；体积修正的计算式如下： S8、通过约束质点的位移和速度为模型施加位移和边界条件，每个质点间的计算相互独立；S9、将失效数组的所有值初始化为1，根据模型需求，将裂纹穿过的键对应的失效数组的值置为0，表示该键断裂，通过这样的方式为模型添加裂纹；S10、判断使用键型近场动力学还是常规态型近场动力学；键型近场动力学执行步骤S11-S12；态型近场动力学执行步骤S13-S15；S11、按照应变能方向修正法确定键修正系数数组scr，每个键上的应变能计算相互独立；S12、采用键映射并行方式，在对应的键未断裂的前提下，先计算键伸长率： 式中，式中ξ表示两个质点的未变形的的相对位置矢量，η表示变形后的相对位移矢量；将键伸长率超过临界值的键失效数组的值置为0，表示该键断裂；按照寄存器和共享内存组合使用方式计算每个质点的近场力，近场力的计算式如下： 式中，c表示键常数，M为键方向，Hx表示质点的族，即近场范围内所有邻居点；S13、采用键映射的并行方式和组合使用寄存器和共享内存的方式，计算影响函数数组ω和加权体积数组m，计算式如下： S14、采用键映射并行方式，在对应的键未断裂的前提下组合使用的寄存器和共享内存计算质点的体积应变，计算式如下： 式中，e＝|ξ+η|-|ξ|；S15、采用键映射并行方式，在对应的键未断裂的前提下，先计算键伸长率判断键是否断裂，再组合使用寄存器和共享内存计算质点的近场力,在模型均匀离散时近场力的计算式如下： 式中，k和G分别表示体积模量和剪切模量，下标i和j分别质点i和j；S16、判断问题属于准静态问题还是瞬态问题；准静态问题使用自适应动力松弛法，瞬态稳态问题基于中心差分的显示积分方法，更新质点的速度和位移；自适应动力松弛法的计算式如下： 式中，n表示迭代次数，D是虚拟对角密度矩阵，C是阻尼系数，F是质点受到的近场力和外力的和；基于中心差分的显示积分的计算式如下： 式中，a、v、u分别表式质点的加速度、速度和位移；t表示当前时间，Δt表示时间步长；S17、判断是否迭代结束，是，执行S18；否，根据近场动力学的类型，键型返回S12，态型返回S14；S18、采用键映射的并行方式并组合使用寄存器和共享内存计算质点的损伤指数，损伤指数表示键已断裂的邻居点体积和占整个邻域体积的比例，计算式如下： S19、将需要的计算结果从设备端传回主机端，写入到文件进行保存；S20、释放内存，计算结束。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西南交通大学 近场动力学问题的GPU并行实施方法

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