Collaborative Research: Simulation of Multibody Dynamics. Leveraging New Numerical Methods and Multiprocessor Capabilities

合作研究:多体动力学模拟。

基本信息

  • 批准号:
    0700191
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-09-01 至 2010-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project capitalizes on new numerical integration methods and recent breakthroughs in multi-processor technologies (software and midrange hardware) to provide the theoretical and computational foundation that will enable a paradigm shift in mechanical system simulation. Recent numerical integration methods developed for mechanical system simulation of large industrial problems (e.g. vehicles, aircraft, spacecraft, gears, chains/track, contact/impact, etc.) have demonstrated the ability to reduce simulation times by a factor of two to three. The proposed work draws on these results to (a) investigate and extend the use of Hilber-Hughes-Taylor (HHT)-type integrators in mechanical system simulation, and (b) investigate and extend new specialized partitioned additive Runge-Kutta methods that have excellent stability properties, adjustable numerical damping, and a wide range of convergence orders. This effort will also lead to accurate integration formulas with adjustable numerical damping for the solution of first order differential equations. These formulas will enable the simulation of mechatronic systems (mixed multibody dynamics and controls problems) in a unified framework. A second direction of research will investigate mechanical system simulation techniques that leverage recent advances in software and midrange hardware support for parallel computation. Multibody dynamics specific load balancing and inter-process communication management that account for the topology of the mechanical system, along with an asynchronous Jacobian evaluation strategy, will enable scalable equation formulation and numerical solution on multiprocessor platforms.Together, the two thrusts of this research (new numerical integration techniques and the associated parallel computation support) will yield one to two orders of magnitude reduction in simulation times for large industrial-type mechanical systems. In economic terms, this work benefits design engineers relying on simulation-based engineering by enhancing their productivity. In educational terms, this work provides material and examples for hands-on classes in Computational Dynamics and Numerical Analysis, as well as the foundation for a longer term initiative aimed at introducing under-represented groups to the field of Computational Science through a series of seminars and workshops offered to High School students and teachers.
该项目利用了新的数值集成方法以及多处理器技术(软件和中端硬件)的最新突破,以提供理论和计算基础,该基础将使机械系统模拟的范式转变。 为机械系统模拟大型工业问题(例如车辆,飞机,航天器,齿轮,链条/轨道,接触/撞击等)开发的最新数值集成方法已经证明了将模拟时间减少两到三倍的能力。 提出的工作借鉴了这些结果,以(a)调查并扩展了机械系统模拟中Hilber-Hughes-Taylor(HHT)型积分器的使用,并且(b)调查并扩展并扩展并扩展了具有出色稳定性,可调节的数值阻尼和宽范围的宽范围的新型专用分区的添加剂朗格 - kutta方法。 这项工作还将导致准确的集成公式,以及可调节的数值阻尼的一阶微分方程解决方案。 这些公式将在统一的框架中对机电雄性系统(混合多体动力学和控制问题)进行仿真。 第二个研究方向将研究机械系统仿真技术,该技术利用软件和中端硬件支持的最新进展来平行计算。 多体动力学特定的负载平衡和处理机械系统拓扑的过程间交流管理以及异步的雅各布评估策略,将在多处理器平台上启用可扩展的方程式公式和数值解决方案。工业型机械系统。 从经济角度来看,这项工作使设计工程师通过提高生产率来依靠基于模拟的工程。 用教育术语来说,这项工作为计算动力学和数值分析的动手类别提供了材料和示例,以及旨在通过一系列提供给高中生和老师的研讨会和工作坊的长期计划的基础。

项目成果

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