可移动自然协调型局部无网格方法及其三维并行实现

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11072241
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    40.0万
  • 负责人：
    田荣
  • 依托单位：
    中国科学院计算技术研究所
  • 学科分类：
    A0813.计算固体力学
  • 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

在中国HPC硬件性能连续问鼎世界Top10之后，将峰值速度指标与"超大规模计算应用实现"并重将成为未来中国HPC事业中顶天"立地"（真正发挥机器的效能）的大事。目前在材料科学和工程领域，将材料微结构的变形演化机理与宏观力学性能之间建立"定量"联系是极其重要而典型的大规模计算课题。本项目从材料微结构有限元模拟的数值困难和大规模计算的需求特点出发，发展一种有望完全克服网格扭曲的"可移动自然协调型局部无网格方法"。本方法的创新之处在于在"严格"满足数学协调性的前提下，实现有限元和无网格两种计算格式的"动态直接"耦合，通过拉格朗日描述与局部有限元网格分离彻底解决网格扭曲的问题。与以往方法最大的区别是新方法允许局部无网格计算区域自由移动、增加、和减少而无需任何特殊的网格处理。在大规模问题的计算方面，所发展的方法能够发挥局部无网格计算的灵活性而保留大规模有限元计算的高效率。

结项摘要

可移动自然协调型局部无网格法（CLMM）的关键在于严格满足数学协调性的前提下，实现有限元和无网格计算的动态直接耦合。本项目以大规模计算力学应用问题为背景，发展一种能有效克服网格扭曲的可移动自然协调型局部无网格方法和相应的三维并行程序。新的方法具有下列特点：.•.允许局部无网格计算区域自由移动，增加，和减少.•.能够在任意非连续网格组合上自然满足数学上的协调性.•.能够有效克服局部网格扭曲.•.更适合大规模并行计算. 在算法理论研究方面，针对三维自然协调型局部无网格插值方法，研究了其在大变形问题中的应用方案，插值逼近过程，克服局部网格扭曲的技术，并进行了收敛阶测试及误差分析，最后完成了1D，2D，3D问题情况下的数值测试验证。在程序开发上，完成了并行计算方案的设计，前处理算法与程序实现等。现有研究结果表明，所发展的可移动自然协调型局部无网格方法兼具局部无网格的灵活性和全局有限元计算的高效性。另外，在本项目的资助下，基于本研究的成果，课题组在广义有限元方法的理论方面取得了一定进展。论文发表在CMAME第7期上。对该工作，匿名独立审稿人给予了较高的评价：“祝贺，非常优秀的工作！作者在单位分解方法和广义有限元领域提出了一种新的解决方案。祝贺作者在这一方向取得如此优秀的成果。过去十年间，该领域发展了众多的方法（XFEM, GFUM, PUM, intrinsic XFEM/PUM, hp-clouds等）。本文的工作提出了一种实现简单，却具有普遍适应性的新方案。因此，我强烈推荐本文的发表。最后，为了方便读者能够更清楚的阅读和理解，建议摘要和序言部分稍作修改。”。. 在程序开发方面，将CLMM算法集成到课题组已有的大规模并行多尺度有限元程序msFEM中，并突破性地实现了纯CPU、GPU双精度以及GPU混合精度三个大规模并行版本。三个版本目前的测试结果为：msFEM_CPU版本在美国橡树岭国家实验室的Jaguar/Titan（项目执行期间为世界排名第一）超级计算机上实现了从2万到20万CPU核的可扩展性测试，在80亿自由度的测试规模下，20万核的并行效率为71%。msFEM_GPU采用MPI+OpenMP+CUDA的混合并行模式实现了GPU全双精度和混合精度两个版本。GPU版在Jaguar（美国的首台千万亿次CPU-GPU混合架构超级计算机）和华南超算中心

项目成果

期刊论文数量（10）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（3）
专利数量（0）
Atom collocation method
原子配置法
  • DOI：
    10.1016/j.cma.2012.05.010
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    Qingcheng Yang;Emre Biyikli;Pu Zhang;田荣;Albert C. To
  • 通讯作者：
    Albert C. To
A new a priori error analysis of nonconforming and mixed finite element methods
不合格和混合有限元方法的新先验误差分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Applied Mathematics Letters
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Li Mingxia;毛士鹏
  • 通讯作者：
    毛士鹏
基于GPU的高性能稀疏矩阵向量乘及CG求解器优化
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    高性能计算技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王迎瑞;任江勇;田荣
  • 通讯作者：
    田荣
Scalable and mesh-distortion-tolerant FEA on non-conforming assembly mesh
非一致性装配网格上的可扩展且网格变形容忍的有限元分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    田荣
  • 通讯作者：
    田荣
Extra-dof-free and linearly independent enrichments in GFEM
GFEM 中的超自由度和线性独立富集
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    田荣
  • 通讯作者：
    田荣

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其他文献

温度敏感性P(MEO2MA-co-OEGMA)共聚物的合成与性质
  • DOI：
    10.3866/pku.whxb201207161
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    物理化学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    吕海燕;刘守信;徐超;田荣;王莉
  • 通讯作者：
    王莉
关于我国百亿亿级计算发展的思考
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    中国计算机学会通讯
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    田荣;孙凝晖
  • 通讯作者：
    孙凝晖
Scalable and mesh-distortion-tolerant FEA on non-conforming assembly mesh
非一致性装配网格上的可扩展且网格变形容忍的有限元分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子：
    7.2
  • 作者：
    田荣
  • 通讯作者：
    田荣
泽泻法呢基焦磷酸合酶原核表达、功能验证及其免疫检测研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    药学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    周晨;田荣;谷巍;耿超;吴启南;徐飞;巢建国;刘琪;王小浩
  • 通讯作者：
    王小浩
生活垃圾卫生填埋甲烷排放及减排研究进展
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    中国农学通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    赵鹏姝;周一明;田里;梁偲;田荣;梁宁;徐利剑;王庆贵;张志
  • 通讯作者：
    张志

其他文献

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田荣的其他基金

面向千万亿次计算的可扩展新型有限元算法及大规模并行程序
  • 批准号：
    91130026
  • 批准年份：
    2011
  • 资助金额：
    70.0 万元
  • 项目类别：
    重大研究计划

相似国自然基金

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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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