计算方法丛书·典藏版（21）：有限元结构分析并行计算 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

周树荃，梁维泰，邓绍忠 著

图书标签:

• 计算方法
• 有限元分析
• 结构力学
• 并行计算
• 数值分析
• 工程计算
• 科学计算
• 高等教育
• 专业书籍
• 计算机应用

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030037503

版次：1

商品编码：11889315

包装：平装

丛书名： 计算方法丛书·典藏版

开本：32开

出版时间：1994-04-01

用纸：胶版纸

页数：316

字数：265000

正文语种：中文

内容简介

　　有限元结构分析在大型工程计算中至今仍居重要地位。
　　《计算方法丛书·典藏版（21）：有限元结构分析并行计算》系统地论述了确限元方程组形成和求解的各个步骤的并行计算格式和并行程序设计技巧，着重介绍了有限元分析的并行计算、大型稀疏有限元方程组直接解法的并行处理、大型稀疏线性方程组预处理共轭梯度法的并行处理、矩阵向量积的并行计算，还概括了近年来有关研究的主要成果，是一部具有较高理论水平和实用价值的著作。
　　《计算方法丛书·典藏版（21）：有限元结构分析并行计算》可供计算数学工作者、工程技术人员以及高等院校有关专业的师生阅读参考。

内页插图

目录

第一章 绪论
§1．1 现代科学技术对高性能计算机的需求
§1．2 计算机与算法的分类
§1．3 并行算法发展的几个阶段
§1．4 有限元结构分析并行计算发展现状

第二章 并行计算机体系结构
§2．1 串行机的主要特征
§2．2 阵列处理机ILLIAC-IV体系结构
§2．3 纵向加工向量机STAR-100体系结构
§2．4 纵横加工向量机CRAY-1与YH-1体系结构
§2．5 多处理机系统
§2．6 并行机与并行算法性能评价中的几个基本概念

第三章 有限元分析的并行计算
§3．1 引言
§3．2 单元分析的并行计算
§3．3 总刚度矩阵的并行装配
§3．4 约束条件的并行处理

第四章 大型稀疏有限元方程组直接解法的并行处理
§4．1 引亩
§4．2 等带宽存储格式下矩阵LDLr并行分解算法
§4．3 对称带状线性方程组求解的并行算法
§4．4 变带宽存储格式下矩阵LDLT并行分解算法
§4，5变带宽存储格式下三角形方程组求解的并行算法

第五章 大型稀疏有限元方程组求解的并行预处理迭代解法
§5．1 引言
§5．2 共轭梯度法
§5．3 预处理共轭梯度法的并行处理

第六章 矩阵向量积的并行计算
§6．1 标准存储格式下矩阵向量积的并行计算
§6．2 等带宽存储格式下矩阵向最积的并行计算
§6．3 变带宽存储格式下矩阵向量积的并行计算
§6．4 一般稀疏矩阵向量积的并行计算
§6．5 矩阵向量积的EBE并行计算

第七章 数值试验
§7．1 矩形悬臂板结构分析问题
§7．2 十字型板结构分析问题
§7．3 矩阵向量积的EBE并行计算

参考文献

前言/序言

　　1972年第1台并行机问世以来，并行算法有了实践的机会。大体上说，70年代并行算法的研究课题比较集中于相关问题以及线代数计算的并行化；随着并行机的发展，70年代后期有限元结构分析的并行计算受到了重视。1984年国产巨型机YH-1投入运转，为国内研究并行算法创造了良好的条件。近年来，在航空科学基金等预研项目的资助下，我们开展了这一领域的研究工作，取得了一些成果，现整理成书供从事并行算法研究及使用并行机作科学与工程计算的有关科学与工程技术人员参考。
　　因并行算法的研究相应用与并行机的体系结构密切相关，所以本书专辟一章扼要介绍了国内外一些具有代表性的阵列处理机、向量处理机及多处理机系统的体系结构，为使读者对并行机与并行算法的发展、有限元结构分析并行计算的发展以及现代科学技术对高性能计算机的需求有一个概括的了解，作者在绪论中对这些问题逐一作了介绍。
　　在阅读本书的其余章节之前，先学习同步并行算法的一些基础知识（主要是一些相关问题的并行计算与线代数的并行计算），这些内容在参考文献【56-59】中都可找到。
　　参加本书编写的有周树荃、粱维泰、邓绍忠与叶明等人。
　　作者感谢南京航空学院领导和数理力学系一些同事的鼓励和支持，感谢武汉大学康立山教授和孙乐林副教授对书稿认真仔细的审阅，本书有关数值试验是在西南计算中心的YH-1机上进行的，曾得到该所王嘉谟、黄清南、马寅国等同志的帮助和支持，作者谨此致谢。

计算机辅助工程领域前沿探索：结构分析的高效能计算 第一部分：绪论与数值方法基石 本书深入探讨了现代工程仿真领域的核心挑战——如何在大规模复杂结构分析中实现计算效率与精度的平衡。随着工程结构日益精密化、材料模型日趋复杂，传统的串行计算方法已无法满足现代设计与优化对实时反馈的需求。因此，本书将计算方法的前沿进展与高性能计算（HPC）技术紧密结合，旨在为工程师、研究人员和高级学生提供一套全面且实用的指南，以应对高性能结构分析的严峻考验。 本书首先回顾了结构力学分析的数学基础，重点梳理了有限元方法（FEM）在处理复杂几何、非线性材料行为及动态响应问题时的理论框架。我们将详尽阐述经典的能量原理、位移法公式推导，并对不同类型的单元（如梁、壳、实体单元）的构建进行深入剖析。特别地，本书将超越标准的线性静力学分析，着重探讨非线性分析的挑战，包括几何非线性（大变形、屈曲）、材料非线性（塑性、蠕变、损伤）以及接触非线性问题中的数值稳定性和收敛策略。 在数值方法部分，我们将系统介绍求解大型稀疏线性方程组的迭代求解器。这部分内容是后续并行化的关键。我们不仅会复习经典的Krylov子空间方法，如GMRES和BiCGSTAB，还会深入讲解预处理技术的艺术与科学。从代数预处理（如代数多重网格AMG、不完全LU分解ILU）到基于域分解和多尺度策略的物理预处理，我们将详细比较它们的收敛速度和对不同网格结构的适应性。理解这些方法的内在机制，是优化计算资源分配的前提。 第二部分：并行计算架构与算法设计 结构分析中的有限元计算，其本质是对一个巨大的、稀疏的全局刚度矩阵 $mathbf{K}$ 求解 $mathbf{K} mathbf{u} = mathbf{f}$ 的过程。这本书的核心价值在于，如何将这一过程高效地映射到现代并行计算架构上。 我们将全面考察当前的并行计算范式。共享内存并行（SMP）环境下的线程级并行，主要通过OpenMP等标准进行优化，重点关注数据局部性、缓存一致性和负载均衡在矩阵装配、单元计算和内部迭代求解器中的应用。接着，本书将深入分布式内存并行（DMP）环境，这是处理特大规模问题（如百万自由度以上的汽车碰撞模拟或航空结构气动弹性分析）的必需路径。我们将详细介绍消息传递接口（MPI）在数据分布、数据交换和通信优化方面的实践。 算法设计方面，本书重点聚焦于如何实现高效的并行有限元求解器。 1. 并行矩阵装配与求解： 探讨如何使用分布式数据结构（如CSR、COO的并行变体）来并行地构建全局刚度矩阵，并避免不必要的通信开销。针对迭代求解器，我们将详细分析并行预条件子的构建，特别是如何利用区域分解技术实现并行化的代数多重网格（AMG）或基于插值的技术。 2. 并行化策略： 详尽比较主流的并行化策略。基于节点的划分（Node-based partitioning）和基于单元的划分（Element-based partitioning）各有优劣。对于大规模非线性问题，我们还将讨论如何并行化子迭代（Sub-iterations），例如牛顿法的线性系统求解、线搜索算法的并行化。 3. 时间离散化与动态分析的并行： 在瞬态动力学分析中，时间步进方案（如Newmark-$eta$法、HHT法）的选择至关重要。本书将分析这些显式和隐式方法的并行特性。对于隐式方法，我们探讨如何优化Schur补的计算和子域间的耦合，以最小化迭代求解器中的通信延迟。 第三部分：高级主题与面向未来的计算模型 为了应对超大规模和多物理场耦合的挑战，本书引入了面向未来计算模型的先进技术。 1. 域分解方法（Domain Decomposition Methods, DDM）： DDM是处理超大规模问题最强大的工具之一。我们将深入研究Schwartz交替法（Alternating Schwarz Method, ASM）、增值法（Additive Schwarz）以及位移交界面法（FETI/MECH/BFECC）等经典方法。重点在于如何有效地处理子域间的界面数据传递，并优化子域内部的串行求解器性能。 2. 多尺度与多物理场耦合： 现代工程问题往往涉及结构、热、流体或电磁场的相互作用。本书探讨了统一框架下的并行化策略，例如如何并行化精细尺度的材料模型计算，并将其与宏观尺度的结构分析通过并行接口连接起来。我们将介绍多网格和多尺度插值技术在加速不同尺度模型耦合中的作用。 3. GPU加速与异构计算： 随着通用图形处理器（GPGPU）计算能力的飞速增长，异构计算已成为高性能工程计算的必然趋势。本书将指导读者如何利用CUDA或OpenCL等编程模型，将有限元计算中最密集的子任务——如单元刚度矩阵的装配、局部矩阵的求逆以及数据归约（Reduction）操作——移植到GPU上。我们将分析CPU-GPU间数据传输的瓶颈以及如何通过优化数据布局来最大化GPU的吞吐量。 4. 可靠性与不确定性量化（UQ）的并行化： 在真实世界的设计中，材料参数和载荷往往带有不确定性。本书将介绍概率有限元方法，并阐述如何将蒙特卡洛模拟（Monte Carlo Simulation）或随机响应面法（Stochastic Response Surface Method）的多次独立计算任务，高效地分配到大规模并行集群上，以实现快速可靠性评估。 结语 本书的编写基于最新的数值分析理论和工业界最佳实践，旨在提供从基础理论到尖端实现的完整知识体系。通过对并行算法的深入剖析和对新硬件架构的适应性研究，读者将能够设计、实现并优化出能够驾驭当代超级计算资源的结构分析软件，从而在更短的时间内解决更复杂的工程难题。本书不仅仅是理论的集合，更是一份实战手册，指导读者将高性能计算的强大能力转化为可靠的工程洞察力。

评分☆☆☆☆☆

我个人对学术著作的评价标准非常高，它不仅要有知识的深度，更要有清晰的逻辑结构和极强的可读性。一本好的专业书籍，应该像一个技艺精湛的老师傅，手把手地教你如何从零开始构建一个高效的计算模型，而不是简单地抛出一堆公式让你自己去琢磨。我希望它能系统地梳理从理论推导到算法设计，再到并行化实现的完整脉络。每一个关键步骤都应该有详尽的数学支撑和直观的物理意义解释，避免那种为了炫技而堆砌复杂数学符号的做法。读完之后，我希望能建立起一套完整的、可迁移的解决问题的思维框架，而不是只学会了照搬书中的一个特定案例。这种书籍的价值在于它能重塑读者的底层认知。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直是艺术品，那种沉甸甸的质感，配上复古的书名排版，让人一拿到手就感觉自己捧着的是一件值得珍藏的宝贝。内页的纸张选择也非常考究，印刷清晰细腻，即便是复杂的图表和公式，看起来也赏心悦目，长时间阅读下来眼睛也不会觉得疲劳。封面那种深邃的色调，隐约透露出一种专业而厚重的气息，完全符合一个“典藏版”应有的格调。我特别喜欢它在细节上的处理，比如书脊上的烫金字体，在不同的光线下会折射出不同的光泽，这不仅仅是一本书，更像是一件工艺品，放在书架上，瞬间提升了整个空间的文化品位。对于那些热爱实体书、注重阅读体验的读者来说，光是这份制作上的用心，就已经值回票价了。它完美地平衡了学术的严谨和艺术的审美，让人忍不住想反复摩挲，细细品味。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种习惯通过案例驱动学习的人来说，一本纯粹的理论书籍往往很难坚持读完。我更期待那种能够提供丰富、真实世界案例分析的参考资料。例如，书中能否包含一些来自航空航天、生物力学或流体力学等领域的经典算例，并且针对这些案例，详细展示如何一步步地将其拆解、优化，并最终在并行环境中高效运行的全过程。如果书中附带的源代码示例是高质量的、经过充分测试和优化的，并且能够跨平台运行，那简直是锦上添花。我需要的是那种“看得懂、写得出、跑得快”的学习体验，通过实战案例来固化和检验理论知识，这对于提升我的工程实践能力至关重要。

评分☆☆☆☆☆

说实话，现在市面上很多技术书籍的内容更新速度根本跟不上技术迭代的速度，很多讲解还停留在十年前的计算范式上，读起来简直让人抓狂。我更倾向于那些紧跟行业发展前沿，能够涵盖最新并行架构趋势的书籍。例如，如何将传统的串行算法巧妙地转换为适用于异构计算环境（CPU+GPU或多CPU集群）的模式，这才是当下工程师们最头疼的问题。我希望看到关于现代高性能计算（HPC）集群管理、任务调度策略的探讨，以及如何利用最新的并行编程模型来提升代码的可移植性和可维护性。如果能深入到并行化过程中的通信开销分析和优化，那就更符合我的期待了，毕竟，在分布式计算中，通信往往是最大的瓶颈所在。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研究某个复杂物理系统的数值模拟，尝试了市面上好几款主流的求解器和工具箱，但总感觉在处理大规模非线性问题时，效率上总差那么一点火候，尤其是在多核并行处理的优化策略上，很多现有的教材和手册讲得过于理论化，缺乏实际操作的深度。我特别关注那些能提供底层算法优化思路，而非仅仅停留在调用API层面的资料。理想中的参考书应该能深入剖析并行化过程中的数据依赖性、负载均衡的技巧，以及如何有效地利用GPU加速的底层机制。如果能结合当前最前沿的并行计算框架（比如OpenMP、MPI或者CUDA的最新特性）进行实战演练，那就太棒了。我希望能找到一本能真正帮我突破现有性能瓶颈的“内功心法”，而不是泛泛而谈的入门指南。

评分☆☆☆☆☆

送货非常迅速，质量很好

评分☆☆☆☆☆

送货非常迅速，质量很好

评分☆☆☆☆☆

送货非常迅速，质量很好

评分☆☆☆☆☆

送货非常迅速，质量很好

评分☆☆☆☆☆

送货非常迅速，质量很好

评分☆☆☆☆☆

送货非常迅速，质量很好

评分☆☆☆☆☆

送货非常迅速，质量很好

评分☆☆☆☆☆

送货非常迅速，质量很好

评分☆☆☆☆☆

送货非常迅速，质量很好