簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 陳建廷
Chen, Chien-Ting
論文名稱： 非彈性結構大變形動態分析之平行計算
parallel computation for nonlinear transient analysis of inelastic structure
指導教授： 邱耀正
Chiou, Yaw-Jeng
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年： 2002
畢業學年度： 90
語文別： 中文
論文頁數： 113
中文關鍵詞： 結構 、平行計算 、動態分析 、大變形 、非彈性
外文關鍵詞： inelastic, nonlinear transient analysis, parallel, two-surface model, TSM
相關次數： 點閱：79  下載：6 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

    • 摘要

    本文的研究目的為運用平行計算處理龐大複雜的資料，並配合改良後的顯性有限元素法、移動參考構架法以及Two-Surface Model進行非線彈性結構物大變形分析，以達到節省運算時間的效果。

    文中的平行計算是使用國家高速電腦中心(NCHC)提供的電腦平台，以Unix及Linux系統利用MPI(message passing interface)的方式進行計算，結果顯示其計算效能隨處理器數量之增加而提升，但資料傳輸時間所佔的比例也隨處理器數量的增加而增加，導致執行效率的降低。本文所探討的即為平行計算與處理器數量的效能比。

    none

    目錄 摘要 Ⅰ 誌謝 Ⅱ 目錄 Ⅲ 表目錄 Ⅴ 圖目錄 Ⅵ 第一章 緒論 1 1 - 1 前言 1 1 - 2 研究動機 2 1 - 3 文獻回顧 3 第二章 非線彈性結構分析方法 6 2 - 1 共轉座標及移動參考構架法概述 6 2 - 2 移動參考構架法 8 2 - 2.1 正向應變與曲率變化 9 2 - 2.2 、 與變形位移 的關係 13 2 - 2.3 形狀函數 15 2 - 2.4 虛功原理 17 2 - 2.5 顯性時間積分法 22 2 - 3 非彈性材料 24 第三章 TWO-SURFACE MODEL 27 3 - 1 TWO-SURFACE MODEL 介紹 27 3 - 1.1 概述 27 3 - 1.2 隨動硬化規則的應用 (kinematic hardening rule) 30 3 - 2顯性有限元素分析之應用 35 第四章 平行環境與數值分析 38 4 - 1 平行處理環境 38 4 - 1.1 平行電腦架構概述 38 4 - 1.2平行計算程式模式及MPI函式庫 39 4 - 1.3程式結構向量化與平行化 40 4 - 1.4 C.M.F法的平行化 41 4 - 2 IBM SP2平行處理環境 41 4 - 3 範例 42 第五章 結論與建議 51 附錄A 座標轉換矩陣 106 附錄B 中央差分法推導公式 107 附錄C 常用MPI副程式 108 參考文獻 109 表目錄 表4-1 IBM SP2 計算工作分類表 54 表 4-2 單間單層平行計算處理效能 54 表 4-3 四間三層短歷程平行計算處理效能 55 表 4-4 四間三層中歷程平行計算處理效能 55 表 4-5 四間三層長歷程平行計算處理效能 56 表 4-6 El centro平行計算處理效能 56 表 4-7 集集大地震平行計算處理效能 57 表 4-8 四間八層平行計算處理效能 57 表 4-9 四間十層平行計算處理效能 58 表 4-10 八間十層平行計算處理效能 58 圖目錄 圖2-1(a) 變形前原始元素與基準線 59 圖2-1(b) 變形後元素與修正參考基準線 59 圖2-2(a) 傳統共轉座標法示意圖 60 圖2-2(b) 移動參考構架法C.M.F.示意圖 61 圖2-3 平面剛架大域自由度 62 圖2-4(a) 桿端自由度 63 圖2-4(b) 桿端內力 63 圖2-5 元素上之變形位移及剛體運動位移 64 圖2-6 去除剛體運動後，與x在 上之比較圖 65 圖2-7 在時間 與 時，取元素中的一段出來比較 66 圖2-8 形心軸在前後兩個時距變形比較 67 圖2-9 去除剛體運動 之後， 與 的幾何比較圖 68 圖 3-1 Two-Surface Model在單載試驗的σ-ε關係圖 69 圖3-2 加載面與邊界面關係圖以及移動時的示意圖 70 圖3-3 降伏面在偏斜應力空間的記憶面裏的運動示意圖 71 圖4-1 程式平行處理流程圖 72 圖4-2 IBM SP2 平行電腦硬體架構圖 73 圖4-3 例題一結構物、材料性質及加載過程 74 圖4-4 例題一四間三層受三集中載重變位圖(Bilinear) 75 圖4-5 例題一結構物整体變位圖 76 圖4-6 例題二結構物、材料性質及加載過程 77 圖4-7 例題二例題二單間單層受一集中載重C點變位圖 78 圖4-8 例題二結構物整体變位圖 79 圖4-9 例題三結構物、材料性質 80 圖4-10(a) 加載過程 81 圖4-10(b) 例題三受短歷程集中載重C點變位圖 81 圖4-11 例題三短歷程集中力整体變位圖 82 圖4-12(a) 加載過程 83 圖4-12(b) 例題三受中歷程集中載重C點變位圖 83 圖4-13 例題三中歷程結構物整体變位圖 84 圖4-14(a) 加載過程 85 圖4-14(b) 例題三受長歷程三集中載重C點變位圖 85 圖4-15 例題三長歷程結構物整体變位圖 86 圖4-16 美國El centro 大地震 87 圖4-17 例題四受El centro大地震變形圖 88 圖4-18 台灣九二一集集大地震 89 圖4-19 例題六結構物、材料性質及加載過程 90 圖4-20 例題六 四間八層結構物受一集中載重B點變位圖 91 圖4-21 例題六結構物整体變位圖 92 圖4-22 例題七結構物、材料性質及加載過程 93 圖4-23 例題七 四間十層結構物受一集中載重B點變位圖 94 圖4-24 例題七結構物整体變位圖 95 圖4-25 例題八結構物、材料性質及加載過程 96 圖4-26 例題八 八間十層結構物受一集中載重B點變位圖 97 圖4-27 例題八結構物一至三間變位圖 98 圖4-28 NCHC PC 叢集在例題二中處理器計算加速比分析圖 99 圖4-29 NCHC例題三三種情形處理器計算加速比分析圖 100 圖4-30 NCHC例題四El centro大地震處理器計算加速比分析圖 101 圖4-31 NCHC例題五集集大地震處理器計算加速比分析圖 102 圖4-32 NCHC例題六 四間八層處理器計算加速比分析圖 103 圖4-33 NCHC例題七 四間十層處理器計算加速比分析圖 104 圖4-34 NCHC例題八 八間十層處理器計算加速比分析圖 105

    參考文獻
    1. ANSYS Release 5.5.1 (1998) ANSYS, Inc., Canonsburg, P. A., U.S.A., 1998.
    2. Bell, G., “Ultracomputer: A Teraflop Before Its Time”, Commun. ACM, 35(8):27-47, 1992.
    3. Belytschko, T. and A. H. Marchertas,“Nonlinear finite element method for plates and its application to dynamics response of reactor fuel subassemblies”, Trans. ASME, J. Pressure Vessel Tech.,pp. 251-257, 1974.
    4. Belytschko, T. and B. J. Hsieh,“Nonlinear transient finite element analysis with convected coordinates”, Int. J. Numer. Meth. Eng., 7, pp.255-271, 1973.
    5. Belytschko, T. , L. Schwer and M. J. Klein,“Large displacement, transient analysis of space frames”, Int. J. Numer. Meth. Eng., 11, pp.65-84, 1977.
    6. Bennighoof, J. K. and J. Y. Wu, “An Unconditionally Stable Parallel Transient Algorithm with Multi-Step Independent Subdomain Computations”, Computing Systems in Engineering, Vol. 2, No. 2/3, pp. 217-230, 1991.
    7. Chen, W. F.,“General solution of inelastic beam-column problems”, J. Eng. Mech. Div., ASCE, pp.421-441, Aug., 1970.
    8. Chen, W. F.,“Approximate solution of beam-columns”, J. Eng. Mech. Div., ASCE, pp.743-751, Feb., 1971.
    9. Chen, W. F.,“Further studies of inelastic beam-column problems”, J. Eng. Mech. Div., ASCE, pp.529-543, Feb., 1971.
    10. Dafalias, Y. F. and Popov, E. P. ” A Model of Nonlinearly Hardening Materials for Complex Loading”, Acta Mechanica, 21, 173-192, Jun., 1975.
    11. Dafalias, Y. F. and Popov, E. P. ” Plastic internal Variables Formalism of Cyclic Plasticity”, Journal of Applied Mechanics, Vol. 98, 645-651, 1976.
    12. Flynn, M. J., “Some Computer Organizations and Their Effectiveness” , IEEE Trans. Computers, 21(9): 948-960, 1972.
    13. Goldberg, J. E. and R. M. Richard,” Analysis of nonlinear structures “, J. Stru. Div., ASCE, pp.333-351, Aug., 1963.
    14. Hwang, K. and F. A. Briggs,” Computer Architecture and Parallel Processing”, McGraw-Hill, New York, 1984.
    15. Hwang, K., “Advanced Computer Architecture – Parallelism, Scalability, Programmability”, McGraw-Hill, New York, 1993.
    16. Iraj, H. P. Mamaghani, Usami, T., and Mizuno, E., “Inelastic Large Deflection Analysis of Structural Steel Members under Cyclic Loading”, Engineering Structure, Vol. 18, No. 9, 659-668, 1996.
    17. Lin, T. H., “Theory of Inelastic Structure” , John Wiley & Sons, New York, pp. 128-235, 1968.
    18. Message Passing Interface Forum, http://www.mpi-forum.org/
    19. Pan, D., P. J. Lu, H. D. You and S. F. Tung, “Parallel Computations of Euler Flows on a PC Cluster” , The Sixth National Computational Fluid Dynamics Conference, Taitung, August, 1999.
    20. Proe, D. J., I. D. Bennetts, I. R. Thomas and W. T. Szeto, “Handbook of Fire Protection Materials For Structure Steel”, Australian Institute of Steel Construction, October, 1989.
    21. Ramberg, W. and W. R. Osgood, “Description of stress-strain curves by three parameters” , Technical Notes No.902, NACA, July, 1943.
    22. Rice, D. L. and E. C. Ting,“Large displacement trasient analysis of flexible structures”, Int. J. Numer. Meth. Eng, 36, 1541-1562, 1993.
    23. Rice, D. L. and E. C. Ting,“Fragmentation algorithm for finite element failure simulation and analysis”, Int. J. Numer. Meth. Eng., 36, pp.3859-3881, 1993.
    24. Shen, C. ,Tanaka, Y. , Mizuno, E. and Usami, T. , “A Two-Surface Model for Steels with Yield Plateau” , Structure Eng./Earthquake Eng. Vol. 8, No. 4. 179-188, Jan., 1992.
    25. Shen, C. ,Iraj, H. P. Mamaghami, Mizuno, E. and Usami, T. ,”Cyclic Behavior of Sturcture Steels Ⅰ: Experiments” , Journal of Engineering Mechanics, Nov., 1995.
    26. Shen, C. ,Iraj, H. P. Mamaghami, Mizuno, E. and Usami, T. ,”Cyclic Behavior of Sturcture Steels Ⅱ: Theory” , Journal of Engineering Mechanics, Nov., 1995.
    27. Sheu, C. H., G. De Roeck, M. Van Laethem and P. Geyskens, “Application of Substructuring Technique to Non-Linear Dynamic Structural Analysis” , Computers and Structures, Vol. 35, No. 5, pp. 593-601, 1990.
    28. Sotelino, E. D., “A Survey of Parallel Algorithms in Computation Mechanics” , Structural Engineering Technical Report, CE-STR-91-38, Purdue University, West Lafayette, Indiana, November 1991, 31 pp.
    29. Tang, S. C. , K. S. Yeung and C. T. Chon,“On the tangent stiffness matrix in a convected coordinate system”, Comput. Struct., Vol. 12, pp.849-856, July, 1980.
    30. Wang, Y. K. ,” A General Curved Beam Element for Very Flexible Frames “, Ph.D. Thesis, Purdue University, U.S.A., 1996.
    31. Yang, T. Y. and S. Saigal,“A simple element for static and dynamic response of beams with material and geometric nonlinearities”, Int. J. Num. Meth. Eng., Vol. 20, pp.851-867, 1984.
    32. Yu, T. X. ,W. J. Stronge, and J. H. Liu, “Large Deflections of an Elastoplastic Strain-Hardening Cantilever”, Journal of Applied Mechanics, Vol. 56 pp.737-743, December,1989.
    33. 丁承先, 石強, 王永康, “向量式有限元的基本理論 ”, 學術報告, 國立中央大學, 2002.
    34. 周世銘, “非彈性結構之顯性有限元素法分析 ”, 碩士論文, 國立成功大學, 1997.
    35. 吳膺義, “平行計算在非線彈性結構大變形分析之應用 ”, 碩士論文, 國立成功大學, 2000.
    36. 徐維佑, “平行計算在非彈性結構大變形動態分析之應用 ”, 碩士論文, 國立成功大學, 2001.
    37. 張逢杰, “非彈性結構大變形分析之數值模式 ”, 碩士論文, 國立成功大學, 1998.
    38. 陳奕龍, “非線彈性材料之結構大變形分析 ”, 碩士論文, 國立成功大學, 1999.
    39. 鄭守成, “MPI平行程式設計 ”, 講義, 國家高速電腦中心課程講義, 1999.

    下載圖示 校內：立即公開
    校外：2002-07-12公開
    QR CODE