基于节点的有限元并行方法关键理论研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11071196
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    29.0万
  • 负责人：
    聂玉峰
  • 依托单位：
    西北工业大学
  • 学科分类：
    A0501.算法基础理论与构造方法
  • 结题年份：
    2013
  • 批准年份：
    2010
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2011-01-01 至2013-12-31

项目摘要

为提高有限元系统总体并行效率，增强算法对复杂并行环境的适应性，本项目提出基于节点的有限元并行求解方法，它的可靠性与有效性分析需解决如下四个关键问题：区域内节点的优化并行布置，基于节点的局部网格生成，节点的数据组织与分配，有限元方程组的并行求解。将节点集视为有相互作用的粒子群，平衡位置就是最优节点布置；全局优化网格的惟一性能确保局部网格生成的正确性；为保证方法的效率，需要改造现有的稀疏线性方程组并行求解器，并建立有效的节点数据组织结构。.本项目的原创性在于以节点为基本计算单位，突破现有有限元方法按功能模块分别并行的格局，减少负载平衡需求次数，便于处理器按"能者多劳"原则自由提取任务，并最大限度减少信息交换。它的完成将进一步扩大有限元并行方法对广泛的软硬件并行资源的适应性，缩短高科技产品的研发周期。

结项摘要

本研究以节点为计算单位进行有限元并行求解, 增强了算法对复杂并行计算环境的适应性, 提高有限元方法总体并行效率。基于节点的有限元方法(PNLFEM)是根据有限元网格的局部性和插值基函数的紧支集特征而建立的并行数值模拟体系。相对于传统的基于区域分解技术的并行 FEM 求解体系，PNLFEM的主要优点包括：自动适应复杂并行计算环境、动态负载平衡实现简便、生成变密度网格快速、完全无缝并行方案确保整体并行效率高。 . PNLFEM的上述优点得益于其并行子任务分解模式是基于节点设计，它的可靠性与有效性需解决如下几个关键问题：区域内节点的优化并行布置；基于节点的局部网格生成；节点的数据结构及有限元方程组的并行求解。目前，本课题在如下以下几个方面取得相应的研究进展。.1. 提出了5种加速策略改进泡泡布点方法的效率，在保证单元平均质量的前提下，较原先的方法节约了将近50%的时间。.2. 将泡泡布点方法并行化，采用METIS软件包进行任务分解，随着计算规模的增大，算法的并行效率逐步提高，得到一个拟线性的加速比，说明算法具有很好的可扩展性。另外在均匀与非均匀情形下分别进行并行布点，算例表明基于METIS区域分解的并行泡泡布点方法能够得到较高的并行效率和加速比。.3. 基于泡泡布点的局部网格生成方法(BLMG)只需利用Delaunay网格的惟一性消除局部网格生成时的不一致性。相比已有的局部网格生成方法，BLMG算法更加简单高效。.4. 各向异性的BLMG方法能够生成满足黎曼度量要求的高质量网格，且采用映射法成功应用到参数曲面网格化问题中。.5. 将自适应BLMG方法应用于椭圆边值问题，得到较高的计算精度和较快的收敛率。.6. 改造现有的稀疏线性方程组并行求解器，并建立有效的节点数据组织结构。设计适用于本研究框架的的大型稀疏线性代数方程组的预处理共轭梯度法，算例验证该算法的有效性。. 本项目的原创性在于以节点为基本计算单位，突破现有有限元方法按功能模块分别并行的格局，最大限度减少了信息交换和负载平衡需求的次数，便于处理器按“能者多劳”原则自由提取任务，提高整体并行效率。

项目成果

期刊论文数量（22）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（0）
双矩阵变量Riccati矩阵方程对称解的迭代算法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    应用数学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张凯院;朱寿升;刘晓敏
  • 通讯作者：
    刘晓敏
多重网格方法求解两类Helmholtz方程
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    计算机工程与应用
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵婧;聂玉峰
  • 通讯作者：
    聂玉峰
高质量点集的快速局部网格生成算法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    计算力学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    陈蔚蔚;聂玉峰;张伟伟;王磊
  • 通讯作者：
    王磊
双变量Riccati矩阵方程异类约束解的迭代算法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    系统科学与数学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    朱寿升;张凯院
  • 通讯作者：
    张凯院
一类矩阵方程异类约束解与Ls解的迭代算法
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    高校应用数学学报A辑(中文版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李书连, 张凯院, 刘晓敏
  • 通讯作者：
    李书连, 张凯院, 刘晓敏

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其他文献

基于有限变形单晶塑性滑移的微观热-力耦合模型及其有限元计算
  • DOI：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    聂玉峰
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  • DOI：
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  • 期刊：
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    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
    李都宁
改性BMI树脂固化过程的温度控制优化
  • DOI：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
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  • 通讯作者：
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基于移动网格的熵稳定格式
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
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求解双曲守恒律方程的WENO型熵相容格式
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    爆炸与冲击
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    程晓晗;封建湖;聂玉峰
  • 通讯作者：
    聂玉峰

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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