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研究生:陳建廷
研究生(外文):Chien-Ting Chen
論文名稱:非彈性結構大變形動態分析之平行計算
論文名稱(外文):parallel computation for nonlinear transient analysis of inelastic structure
指導教授:邱耀正邱耀正引用關係
指導教授(外文):Yaw-Jeng Chiou
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
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:inelasticnonlinear transient analysisparalleltwo-surface modelTSM
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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。
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�堛犒B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
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