在多处理器计算机系统中模拟撞击事件的改进方法技术方案

本发明专利技术涉及一种在用于辅助用户设计或者改进一个或多个结构的有限元分析中模拟撞击事件的系统、计算机执行的方法和软件产品。所述结构在有限元分析模型中表示，该有限元分析模型被分为多个域。当在具有多个处理单元和用户（工程师和／或科学家）定义和规定的多个接触界面的计算机系统中使用时，该方法提高了效率。每个域与一个处理单元相关或者被分配给一个处理单元。建立或者确定域和接触界面之间的“可分组”关系，使得可以以更高效的方式进行数据通信，例如，在数据通信的过程中使空闲处理单元的数量最少。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及结构(例如，汽车，飞机)的计算机辅助工程分析，更具体地说，涉及一种在多处理器计算机系统中以更高的效率模拟撞击事件的改进方法。
技术介绍
有限元分析(FEA)是一种最受欢迎的计算机辅助工程工具，被工程师和科学家用于建模和解决与复杂系统相关的工程问题，例如三维非线性结构设计和分析。FEA的名字来自以下事实被考察的物体的几何形状是特定的。随着现代数字计算机的出现，FEA已经作为FEA软件被实施。基本上，FEA软件设有几何形状描述的模型、以及在模型内的每个点处的相关材料特性。在这个模型中，被分析系统的几何形状由不同尺寸的实体(solid)、壳(shell)和梁(beam)来表示，这些实体、壳和梁被称为单元。各单元的顶点被称为节点(node)。该模型包括有限数量的单元，这些单元被赋予与材料特性相关的材料名。因此该模型代表了被分析物体及其即刻环境(immediate surrounding)所占据的物理空间。然后，FEA软件涉及一个表格，每种材料类型的特性被列在该表格中(例如，应力-应变构成等式、杨氏模量、泊松比、导热性)。另外，指定了物体的边界条件(也就是，负荷、物理约束等)。用这种方式生成物体及其环境的模型。 FEA已经被汽车制造商用于优化汽车的空气动力学性能和结构完整性。FEA受欢迎的任务之一就是模拟撞击事件，例如汽车碰撞、金属变形、飞鸟撞击等。许多原型测试可以被计算机模拟代替，该计算机模拟优选在合理的时间期限(例如，通宵)内执行，使得用户(也就是，工程师和/或科学家)可以多产。为了确保产量，当FEA首先用于模拟撞击事件时，大多数FEA模型受到计算机能力(也就是，处理速度、存储器容量等)的限制。理论上，当计算机随时间改进时，这个问题可以被解决。但是，随着计算机能力在过去几十年的增长，汽车的FEA模型也对应地增加了，例如，汽车的普通FEA模型可包含1,000,000个以上的单元。使用这样大尺寸的FEA模型，使用有限元分析来模拟撞击事件仍然会花费很长的时间。为了解决这个问题，当今的有限元分析模型能够在多处理器计算机上执行。因此，有限元分析的许多方面已经在并行处理中被改进。但是，当用户为撞击事件定义和规定大量的接触界面(contactinterface)时，会出现新的问题。现有技术中处理接触界面的方法导致多处理器计算机系统损失了并行效率，这将会导致产量的损失(很长的模拟时间)或者精度的降低(更小的FEA模型)。 因此，需要一种在具有多个处理单元的计算机系统中执行的有限元分析中采用大量接触界面模拟撞击事件的改进方法。
技术实现思路
这部分用于总结本专利技术的某些方面，并简单介绍某些优选实施例。可能对这部分、摘要以及标题进行简化或者省略，以避免本专利技术的目的不清楚。这样的简化或省略并不用于限制本专利技术的范围。 本专利技术公开了一种在用于辅助用户设计或者改进一个或多个结构的有限元分析中模拟撞击事件的系统、方法和软件产品。 根据一个实施例，本专利技术提供了一种在用于辅助用户设计或者改进一个或多个结构的有限元分析中模拟撞击事件的计算机实施的方法，所述方法至少包括以下步骤在连接有多个处理单元的计算机系统中接收经历撞击事件的一个或多个结构的有限元分析模型，其中所述有限元分析模型包含多个接触界面；将所述有限元分析模型分为多个域，这多个域至少包括计算机系统中的第一域和第二域，第一域与所述多个处理单元中的第一处理单元相关，第二域与所述多个处理单元中的第二处理单元相关；在所述计算机系统中确定各接触界面与一个或多个域之间的可分组关系；在所述计算机系统中执行撞击事件的具有多个解法周期的时间推进模拟；在每个解法周期，根据可分组关系生成第一数据通信消息并将它从第一处理单元发送到第二处理单元，使得与接触界面相关的最大可能数据通信被交换；使用在第一数据通信消息中接收的数据，在第一和第二处理单元中为有限元分析中的各接触界面执行多次计算；生成第二数据通信消息并将它沿着与第一数据通信消息相反的方向发送，该第二消息被配置为发送计算得到的数据；以及在所有的解法周期都已经被计算后，在与计算机系统相联的监视器上显示模拟结果。 通过以下结合附图对具体实施方式的详细描述，本专利技术的其它目的、特征和优点将会变得显而易见。 附图说明 参照以下的描述、后附的权利要求和附图，将会更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点，其中 图1是根据本专利技术的一个实施例的可以在计算机系统中执行的示范性有限元分析结果(即汽车碰撞模拟结果)的示意图； 图2是根据本专利技术的一个实施例的具有分成多个域的多个接触界面的示范性结构的示意图； 图3是根据本专利技术的一个实施例的接触界面和域之间的示范性可分组关系表； 图4是根据现有技术的有限元分析中的多个接触界面的数据通信和计算顺序表； 图5是根据本专利技术的实施例的多个接触界面的数据通信和计算的示范性顺序表； 图6是根据本专利技术的实施例的在用于辅助用户设计或者改进一个或多个结构的有限元分析中模拟撞击事件的示范性过程的流程图； 图7是可实施本专利技术实施例的示范性计算机系统的主要组件的功能示意图；以及 图8是根据本专利技术的一个实施例的可使用的另一个示范性系统的示意图。 具体实施例方式 为了便于描述本专利技术，必须要提供一些术语的定义，这些术语将会在本申请中通篇使用。应注意的是，以下的定义是为了便于理解和描述根据实施例的本专利技术。这些定义可能看起来包括与该实施例相关的限制条件，但是本
的人员理解，这些术语的实际含义在应用上已经超出了该实施例 FEA表示有限元分析。 隐式FEA或者解法指的是Ku＝F，其中K是有效劲度矩阵，u是未知的位移阵列，且F是有效负荷阵列。F是右手侧负荷阵列，而K是左手侧劲度矩阵。该解法在整体级别上执行，并对有效劲度矩阵进行因素分解，该有效劲度矩阵是硬度、质量和阻尼的函数。一个示范性解法是Newmark时间积分法。 显式FEA指的是Ma＝F，其中M是对角线质量阵列，a是未知节点加速度阵列，F是有效负荷阵列。该解法可以在单元级别上执行，而不对矩阵进行因数分解。一个典型的解法被称为中央差分法。 时间推进模拟或者时域分析指的是时域上的工程分析模拟，例如，使用时域中的有限元分析来模拟汽车抗撞击性。 在此参照图1-8讨论本专利技术的实施例。但是，本
的人员将会理解，此处参照这些附图给出的详细描述是用于解释的目的，本专利技术可延伸到这些限制实施例之外。 参照图1，是汽车碰撞模拟(即撞击事件)的有限元分析结果的示意图。换句话说，也就是从模拟撞击事件的有限元分析得到的数字结果的图形显示。在模拟中包括两种结构汽车110和障碍物120。这两种结构都表示在有限元分析模型中。该模拟可以在计算机系统(例如，计算机系统700或者计算机系统800)中作为撞击事件的时间推进模拟以数字形式完成。该汽车可具有1,000,000个以上的有限单元(例如，壳体、实体和梁单元)。对于两种结构之间的接触的计算，用户定义和规定了多个接触界面。该接触界面被配置用于合适地模拟两个或多个结构之间的接触，有时候也用于合适地模拟结构本身。 为了在多处理器计算机系统上执行有限元分析，有限元分析模型根据被称为域分解的技术被分成多个域。目的是将每一个域本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在用于辅助用户设计或者改进一个或多个结构的有限元分析中模拟撞击事件的计算机实施的方法，其特征在于，所述方法包括：在连接有多个处理单元的计算机系统中接收经历撞击事件的一个或多个结构的有限元分析模型，其中所述有限元分析模型包含多个接触界面；将所述有限元分析模型分为多个域，这多个域至少包括计算机系统中的第一域和第二域，第一域与所述多个处理单元中的第一处理单元相关，第二域与所述多个处理单元中的第二处理单元相关；在所述计算机系统中确定各接触界面与一个或多个域之间的可分组关系；在所述计算机系统中执行撞击事件的具有多个解法周期的时间推进模拟；在每个解法周期，根据可分组关系生成第一数据通信消息并将它从第一处理单元发送到第二处理单元，使得与接触界面相关的最大可能数据通信被交换；使用在第一数据通信消息中接收的数据，在第一和第二处理单元中为有限元分析中的各接触界面执行多次计算；生成第二数据通信消息并将它沿着与第一数据通信消息相反的方向发送，该第二消息被配置为发送计算得到的数据；以及在所有的解法周期都已经被计算后，在与计算机系统相联的监视器上显示模拟结果。

【技术特征摘要】
US 2008-12-24 12/343,4781.一种在用于辅助用户设计或者改进一个或多个结构的有限元分析中模拟撞击事件的计算机实施的方法，其特征在于，所述方法包括在连接有多个处理单元的计算机系统中接收经历撞击事件的一个或多个结构的有限元分析模型，其中所述有限元分析模型包含多个接触界面；将所述有限元分析模型分为多个域，这多个域至少包括计算机系统中的第一域和第二域，第一域与所述多个处理单元中的第一处理单元相关，第二域与所述多个处理单元中的第二处理单元相关；在所述计算机系统中确定各接触界面与一个或多个域之间的可分组关系；在所述计算机系统中执行撞击事件的具有多个解法周期的时间推进模拟；在每个解法周期，根据可分组关系生成第一数据通信消息并将它从第一处理单元发送到第二处理单元，使得与接触界面相关的最大可能数据通信被交换；使用在第一数据通信消息中接收的数据，在第一和第二处理单元中为有限元分析中的各接触界面执行多次计算；生成第二数据通信消息并将它沿着与第一数据通信消息相反的方向发送，该第二消息被配置为发送计算得到的数据；以及在所有的解法周期都已经被计算后，在与计算机系统相联的监视器上显示模拟结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个结构中的每一个都包括汽车。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述撞击事件包括汽车碰撞。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算机系统包括至少两个处理单元。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接触界面包括至少两个界面。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算机系统包括至少一个计算机，每个计算机具有一个以上的中央处理器。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算机系统包括一个以上的计算机，每个计算机具有至少一个中央处理器。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述中央处理器包括至少一个处理核。9.一种包含指令的计算机可读媒介，所述指令用于控制计算机系统通过一方法在用于辅助用户设计或者改进一个或多个结构的有限元分析中执行撞击事件模拟，所述方法包括在连接有多个处理单元的计算机系统中接收经历撞击事件的一个或多个结构的有限元分析模型，其中所述有限元分析模型包含多个接触界面；将所述有限元分析模型分为多个域，这多个域至少包括计算机系统中的第一域和第二域，第一域与所述多个处理单元中的第一处理单元相关，第二域与所述多个处理单元中的第二处理单元相关；在所述计算机系...

【专利技术属性】
技术研发人员：布雷恩韦恩斯科特，
申请(专利权)人：利弗莫尔软件技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]