金屬凝固過程溫度場模擬并行軟件開發(fā).pdf

1、鑄造凝固過程的溫度場數(shù)值模擬是預(yù)測縮孔縮松、氣孔、卷砂、熱裂、宏觀和微觀偏析等的基礎(chǔ)研究，但是在模擬大型復(fù)雜鑄件的凝固過程溫度場變化時要求很大的計算量，而基于馮.諾伊曼串行機模型上的現(xiàn)有的數(shù)值模擬串行算法已很難進一步提高模擬計算速度，所以能進一步提高模擬計算速度的一種有效且實用的方法就是進行基于機群平臺的并行編程來計算。 本文采用的并行硬件環(huán)境實現(xiàn)是由局域網(wǎng)中的三臺不同體系結(jié)構(gòu)的普通PC構(gòu)成的異構(gòu)機群平臺，每臺PC上運行的操作系

2、統(tǒng)是Windows2000 Professional版本，三個節(jié)點的配置分別為：(1)賽揚2.66G CPU、256M內(nèi)存；(2)奔四2.00G CPU、256M內(nèi)存；(3)奔四1.60G CPU、256M內(nèi)存。而并行軟件環(huán)境是采用應(yīng)有最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)化的消息傳遞并行語言庫MPI的最新實現(xiàn)版本MPICH2和Visual C++6.0結(jié)合來實現(xiàn)。 由于有限差分法簡單實用，被廣泛應(yīng)用于凝固過程數(shù)值模擬領(lǐng)域中，因此本文采用有限差分法對計算

3、區(qū)域進行三維網(wǎng)格剖分，并構(gòu)建導(dǎo)熱微分方程的差分格式。 為了能把凝固模擬問題很好地映射到己構(gòu)建的異構(gòu)機群并行機上，得到并行計算模型并設(shè)計良好的并行求解算法，本文采用區(qū)域分解法將整個計算數(shù)據(jù)區(qū)域分解為多個子域，每個子域作為一項任務(wù)分配給一個節(jié)點進行計算求解，并且各個節(jié)點的地位相同，代碼和功能也基本一致，也就是應(yīng)用MPI的對等模式進行并行程序設(shè)計。 在進行MPI的并行程序設(shè)計中，本文還具體討論了MPI通信模式的選擇以及并行文件

4、I/O的訪問方式選擇。 最后，本文基于所構(gòu)建的并行環(huán)境，分別以不同節(jié)點數(shù)目和不同網(wǎng)格數(shù)目的組合來對一個T形件的凝固過程溫度場MPI并行模擬算法進行效率測試。 由測試結(jié)果可知，MPI并行化后的模擬計算有效的提高了模擬速度，且在同一計算規(guī)模下隨著節(jié)點數(shù)的增多模擬速度相應(yīng)提高，而隨著計算規(guī)模的增大，從2個節(jié)點到3個節(jié)點并行計算的加速比增量也相應(yīng)增加。 從總體看來，MPI并行編程模擬是提高鑄件凝固過程計算機模擬速度的一條