结构动力学并行计算方法及应用

结构动力学并行计算方法及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:金先龙,李渊印
出品人:
页数:248
译者:
出版时间:2008-1
价格:56.00元
装帧:
isbn号码:9787118055504
丛书系列:
图书标签:
  • 计算力学5
  • 结构动力学
  • 并行计算
  • 数值方法
  • 有限元
  • 动力分析
  • 高性能计算
  • 工程力学
  • 计算结构力学
  • 振动分析
  • MATLAB
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具体描述

《结构动力学并行计算方法及应用》系统介绍了结构动力学并行计算的理论方法、关键技术、软件系统和应用实例。主要内容包括并行计算机的发展现状和并行算法设计的基础知识,结构动力学并行计算的理论基础、软件设计方法和系统集成方法,结构动力学并行计算的三类主要方法(隐式并行计算方法、显式并行计算方法和精细积分并行计算方法)以及在土木工程和机械工程中的典型应用实例。

现代计算力学前沿探索 书名: 现代计算力学前沿探索 作者: [此处可填写作者信息,例如:李明,张伟,王芳] 出版社: [此处可填写出版社信息] 出版年份: [此处可填写出版年份] --- 内容简介: 本书聚焦于计算力学领域中当前最活跃、最具挑战性的前沿方向,深入探讨了如何利用先进的数值方法和高性能计算资源来解决复杂工程和物理问题。全书旨在为结构工程、材料科学、流体力学以及相关交叉学科的研究人员、工程师和高年级学生提供一个全面且深入的视角,涵盖从理论基础到实际应用的最新进展。 本书的结构设计遵循“理论-方法-应用”的逻辑主线,力求在保证理论严谨性的同时,充分体现计算技术的实用价值。 第一部分:新型数值方法的理论基础与构建 本部分着重于计算力学中新兴的、能够突破传统有限元方法(FEM)局限性的数值技术。我们不再局限于线性静力学或简单的动力学问题,而是深入研究了那些能够有效处理非线性、多尺度、多物理场耦合问题的框架。 第1章:扩展的无网格方法(Meshless Methods Revisited): 详细阐述了光滑粒子流体力学(SPH)、无网格拉格朗日有限元(MLPG)以及近年来发展的基于重构的无网格方法(RBM)的数学基础。重点讨论了如何解决无网格方法中固有的边界条件处理难题和插值函数的精确性问题。特别是,针对大变形、材料失效和接触问题的模拟,分析了这些方法在保持计算效率和物理准确性之间的权衡。我们探讨了如何利用局部再加权技术来增强应力场的计算精度,以满足复杂工程失效分析的要求。 第2章:多尺度建模与混合精度分析: 现代工程问题往往涉及从原子尺度到宏观结构尺度的跨越。本章系统介绍了多尺度计算框架,包括介尺度模拟(如相场模型、相位场晶体塑性)与宏观有限元法的耦合技术。重点分析了如何通过算子分裂或多尺度有限元法(MsFEM)实现信息的有效传递和信息的损失控制。此外,还涵盖了在不牺牲整体精度前提下,利用异构计算架构实现混合精度计算的策略,以最大化计算资源的利用效率。 第3章:不确定性量化(UQ)与可靠性分析: 面对实际工程中材料参数、载荷条件和几何尺寸的内在不确定性,本章引入了基于随机过程理论和代理模型(Surrogate Modeling)的不确定性量化方法。详细对比了蒙特卡洛模拟(MCS)、改进的快速概率积分方法(FPI)以及基于谱展开(如Polynomial Chaos Expansion, PCE)的策略。我们将侧重于高维输入空间下的不确定性传播模型构建,以及如何有效地进行敏感度分析,指导设计优化。 第二部分:高性能计算架构与算法优化 本部分是本书的核心,它将计算力学理论与现代计算机科学的最新成果紧密结合,探讨如何设计和实现高效的求解器。 第4章:现代迭代求解器与预处理技术: 在处理大型结构动力学和瞬态非线性问题时,线性方程组的求解速度至关重要。本章深入分析了Krylov子空间方法(如GMRES, BiCGSTAB)在非对称系统中的应用。重点剖析了先进的代数预处理器(AMG, FETI/DE-FETI)的构建原理和性能优化策略。特别关注了如何针对特定物理问题(如渗流、电磁耦合)定制高效的预处理器,以实现快速收敛。 第5章:面向众核架构的算法重构: 当前计算力的主流是多核CPU和GPU的并行架构。本章详细阐述了如何将经典的有限元隐式时间积分方案(如Newmark-β法、HHT法)重构以适应大规模并行执行。讨论了数据局部性优化、负载均衡策略以及如何利用OpenMP、CUDA/OpenACC等编程模型来加速矩阵向量乘法和线性求解器内部循环。强调了在GPU上实现高效稀疏矩阵存储和操作的关键技术。 第6章:异构计算环境下的分布式求解: 针对超大规模问题,需要利用集群计算环境(HPC Clusters)。本章探讨了基于消息传递接口(MPI)的分布式求解策略,重点关注三维模型求解中的数据划分、通信开销最小化技术。详细分析了时域分解法(如Schwarz交错域分解方法)和基于域分解的隐式时间积分策略,如何有效地平衡计算与通信的资源分配,以实现近线性加速比。 第三部分:前沿工程应用案例分析 本部分将前两部分的理论与方法应用于当前的工程热点,展示了计算力学解决实际复杂问题的能力。 第7章:极端载荷下的材料本构关系与损伤模拟: 关注高速撞击、爆炸冲击等极端载荷条件下的材料响应。深入分析了粘塑性、粘弹性、损伤力学(如内聚力模型CDM)的非线性本构模型的建立与数值实现。展示了如何结合显式动力学分析(如LS-DYNA, PAM-CRASH)和先进的材料模型,对复合材料和梯度材料的失效过程进行精确预测。 第8章:流固耦合(FSI)的先进模拟技术: 在航空航天、生物医学工程(如心脏瓣膜的血液流动)等领域,流体与固体之间的相互作用至关重要。本章对比了浸入式边界法(IBM)、区域分解法和单网格FSI耦合策略的优缺点。重点展示了如何利用时域耦合(Explicit Coupling)和迭代子迭代策略(Implicit Coupling)来稳定求解强耦合的流固系统,并讨论了在涉及大量流体运动时的网格重构技术。 第9章:结构健康监测(SHM)与逆向问题求解: 本章转向计算力学在信息反馈和决策制定中的应用。探讨了如何利用传感器采集的振动数据,通过迭代反演方法或贝叶斯方法,对结构内部的损伤程度和位置进行估计。涉及的数学工具包括最小二乘法、卡尔曼滤波在状态估计中的应用,以及如何利用代理模型加速损伤识别过程。 总结与展望: 全书最后对当前计算力学面临的机遇与挑战进行了总结,包括对量子计算在数值模拟中潜力的初步探索,以及人工智能(如深度学习)在材料模型识别和加速求解器开发中的融合方向。 本书特点: 1. 深度交叉融合: 不仅关注传统力学,更强调与高性能计算、数据科学的深度结合。 2. 注重前沿算法: 系统介绍了当前学术界最关注的新型数值方法和并行计算框架。 3. 案例驱动: 每个方法章节后都有具体的、复杂的工程算例进行验证和说明。 4. 数学严谨性与工程实用性并重: 确保读者在掌握理论的同时,能将其转化为可运行的、高效的计算机程序。 本书适合作为研究生和高级工程师的参考用书,也是相关领域实验室的必备工具书。

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读后感

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用户评价

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我之前一直对“结构动力学”这个领域抱持着一种“高不可攀”的看法,总觉得它涉及的数学理论和计算方法都相当复杂,尤其是当涉及到大规模的计算时,更是让人望而却步。但最近,我偶然翻阅到这本书——《结构动力学并行计算方法及应用》。这本书的标题,在我看来,就像一把钥匙,为我打开了通往计算效率新世界的大门。我尤其感兴趣的是书中“并行计算方法”这一部分。我明白,在处理复杂的结构动力学问题时,单核处理器的计算能力是有限的,而并行计算,通过同时利用多个处理器来解决问题,无疑是提升计算效率的最佳途径。我非常期待书中能够详细解释各种并行计算模型,例如共享内存模型和分布式内存模型,以及它们在结构动力学计算中的具体实现方式。例如,对于一个大型的刚度矩阵和质量矩阵,如何有效地将它们分块并分配给不同的计算节点?在计算过程中,如何管理数据的同步和通信,以避免出现死锁或效率低下?我希望书中能提供一些清晰的算法伪代码或者流程图,让我能够更好地理解这些过程。另外,书名中的“应用”部分,更是让我充满了好奇。我猜想,书中会提供一些具体的工程算例,例如分析大型桥梁在风荷载下的动力响应,或者模拟高层建筑在地震波作用下的位移和应力分布。这些实际应用的案例,对于我这样希望将理论知识与实际工程问题相结合的读者来说,无疑具有极大的参考价值。我相信,通过学习这本书,我将能够更好地理解和掌握如何利用并行计算技术来解决那些曾经让我感到棘手的结构动力学难题,从而在我的学习和工作中取得更大的进步。

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这本书的标题——《结构动力学并行计算方法及应用》——光是听上去就让人觉得深邃而充满挑战。我一直以来对结构动力学的研究都抱有浓厚的兴趣,尤其是在处理那些复杂、大规模的动力学问题时,如何有效地利用计算资源就显得尤为关键。这本书的出现,无疑为我这样希望深入理解并掌握现代计算方法的读者提供了一个绝佳的契机。虽然我还没有来得及逐页细读,但从目录和前言的浏览中,我能预感到这本书的结构会非常严谨,从基础理论出发,逐步深入到并行计算的各种具体实现技术,再到如何将这些技术应用于实际的结构动力学问题。我尤其期待书中能够详细讲解那些经典的并行算法,例如域分解、消息传递接口(MPI)以及共享内存模型等,并阐述它们在结构动力学仿真中的具体映射方式。要知道,很多时候理论的掌握不难,但如何将理论转化为高效的程序代码,并且能够在大规模数据集上取得优异表现,才是真正的难点所在。我非常好奇书中会如何阐释“并行度”和“效率”之间的权衡,以及在不同硬件架构下,如何选择最合适的并行策略。此外,书名中“应用”二字也暗示了书中会包含大量的实例分析,这对于我理解理论的实用性至关重要。我希望这些案例能够涵盖不同类型的结构,例如桥梁、高层建筑,甚至是一些航空航天领域的结构,并且能够展现出并行计算在缩短计算时间、提高仿真精度方面的显著优势。我猜想,书中对于并行计算的讨论,很可能不仅仅停留在算法层面,还会涉及到一些数值稳定性、收敛性分析等更深层次的数学和计算保证。总而言之,这本书在我看来,是对结构动力学计算领域的一部重要贡献,我迫不及待地想要深入其中,汲取知识的养分。

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这本书的标题,让我眼前一亮:《结构动力学并行计算方法及应用》。我一直对如何让计算机在处理那些极其复杂且耗时的科学计算问题时跑得更快、做得更好充满了好奇。结构动力学,本身就是一个计算密集型的领域,各种瞬态响应分析、模态分析、甚至随机振动分析,都可能需要海量的计算资源。而“并行计算”,听上去就像是为解决这些问题量身定制的“加速器”。我迫切地想知道,这本书究竟是如何将“结构动力学”这个复杂的工程学科,与“并行计算”这个前沿的计算机科学技术巧妙地结合起来的。我特别关注书中关于“方法”的部分。我希望它能详细地介绍一些具体而实用的并行计算技巧,比如如何将一个大型的结构动力学模型,分解成若干个可并行处理的子模型,以及如何在不同的处理器之间进行高效的数据交换和协调。我猜想,书中可能会涉及到一些关于并行算法设计、并行数据结构,以及并行程序调试方面的知识,这些都是我目前比较欠缺的。此外,书名中的“应用”二字,更是让我对这本书充满了期待。我希望书中能够包含一些贴近实际工程需求的案例分析,例如,如何利用并行计算来模拟城市地铁系统在列车运行过程中对周围土体的动力影响,或者如何分析大型水坝在洪水冲击下的结构稳定性。这些具体的应用,不仅能够帮助我理解抽象的理论知识,更能让我看到并行计算在实际工程中带来的巨大价值和改变。我相信,这本书能够为我提供一套系统性的知识体系,让我能够更自信地面对结构动力学领域中的计算挑战。

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这本书的封面设计简洁而专业,仅仅是书名《结构动力学并行计算方法及应用》,就足以引起我的强烈兴趣。我一直以来都对计算科学在工程领域的应用抱有浓厚的兴趣,尤其是在处理具有时间演变特性的复杂系统时,如何有效地利用计算资源就显得尤为关键。我深知,结构动力学问题,尤其是那些涉及非线性、大变形或耦合效应的模拟,往往需要巨大的计算量。因此,并行计算的出现,对于加速这些模拟过程,提升仿真精度,以及探索更广泛的参数空间,都具有不可估量的价值。我非常期待书中能够深入探讨各种并行计算的底层技术和实现细节。例如,我希望书中能够详细介绍几种主流的并行编程模型,像是OpenMP、MPI,以及可能的CUDA等,并阐述它们在解决结构动力学方程组,特别是那些大型稀疏矩阵求解时,是如何发挥作用的。书中对于“方法”的讲解,我希望能够包含一些算法的优化策略,比如如何进行负载均衡,如何减少通信开销,以及如何处理并行计算中的同步问题。更重要的是,我对于书中“应用”部分的介绍充满了期待。我希望它能提供一些引人入胜的实际案例,能够涵盖不同工程领域,例如,分析风力涡轮机叶片的动态疲劳,或者模拟高铁穿越桥梁时的动力耦合效应。通过这些案例,我能够更直观地理解并行计算在解决实际工程挑战中的强大能力,以及它如何帮助工程师们做出更明智的设计决策。我推测,这本书的作者必定在这两个领域(结构动力学和并行计算)都有深厚的造诣,才能写出如此有价值的作品。

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这本书的封面上“结构动力学并行计算方法及应用”几个字,一下子就击中了我的痛点。我所在的工程领域,经常需要面对一些非常复杂的动态响应分析,比如地震作用下的建筑结构,或者高速运行机械设备的振动问题。以往的计算方式,常常受限于计算资源的瓶颈,一个复杂的模型模拟下来,可能就要花费数天甚至数周的时间,这对于需要快速迭代设计方案的我们来说,简直是效率的巨大阻碍。所以,当我知道有这样一本专门探讨如何利用并行计算来加速和优化结构动力学模拟的书籍时,我的内心是无比激动和期待的。我非常看重书中在“方法”部分会提供的具体技术指导。我希望它能详细地介绍如何将经典的有限元方法、边界元方法等与并行计算技术相结合。比如,对于大规模的有限元网格,如何有效地进行划分和分发到不同的处理器上?在信息传递和同步过程中,又会遇到哪些挑战?我特别想了解书中是否会涉及一些更前沿的并行计算范式,例如GPU加速计算,因为在图形处理能力日益强大的今天,利用GPU进行大规模科学计算的可能性正在被广泛探索。另外,书名中的“应用”部分,更是让我充满遐想。我希望能看到书中提供一些真实世界的工程案例,这些案例最好能覆盖不同工程领域,例如土木工程、机械工程、航空航天工程,甚至是生物力学等。通过这些案例,我能更直观地理解并行计算在解决实际问题中的巨大价值,例如如何通过并行计算来模拟结构的非线性动力响应,或者如何进行高精度的随机振动分析。我猜测,书中对这些应用的描述,会非常注重实际操作的细节,而非仅仅停留在理论的宏观层面。这本书,在我看来,绝对是提升我们计算效率、拓展研究边界的必备利器。

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