[发明专利]一种基于有限质点法的建筑群灾变模拟分布式计算方法

权利要求书

1.一种基于有限质点法的建筑群灾变模拟分布式计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建筑群结构相关数据传输至主控制节点以进行分布式计算的准备和启动；

S2、主控制节点将建筑群结构相关数据通过高速网络分发给集群中从节点上的执行进程；

S3、从节点上的执行进程对建筑群结构相关数据执行质点位移和单元内力的计算；

S4、从节点上的执行进程将计算结果提交回主控制节点，主控制节点根据计算结果对建筑群结构中每个质点的合力、合力矩进行更新；

其中，在步骤S1之前还包括步骤：

S01、对建筑群结构相关数据进行初始化，根据建筑群结构将建筑群离散为个 质点，个单元，将建筑群结构划分为不同的连通子图，所述连通子图之间的质点相互独立，所有质点及单元构成一个图，质点及单元数组如下：

S02、根据建筑群规模计算需启动从节点的执行进程数量，将连通子图分布到集群，确定各质点的质量、初始外力、初始内力，初速度和初位移，确定质点分布与单元的连接关系，确定单元类型和单元的弹性模量、截面积参数；

其中，步骤S3具体包括：

S31、令，当时间步t=t₀时，根据已知的质点的初始位移及速度，以及初始作用力、和，计算质点初始时间步位移，并保存和，进入下一时间步计算；

S32、令时间步t=t_i，i=1，2，……，n，，其中n为正整数且根据结构分析时间以及步长确定，为单位时间步长，根据前一时间步t_i-1位移结果遍历计算时间步位移，并更新质点坐标；

S33、完成单元内力计算，进行弹塑性分析，判断各单元是否达到断裂标准，如果达到断裂标准，则增加质点，更新连接关系，更新质点质量和质点惯性矩；

S34、确定各单元在时的内力，叠加到相应质点上，求得质点内力；

S35、处理结构约束处质点的内力；

S36、更新质点的等效外力；

S37、通过、、、及得到时刻的位移，并保存质点位移和；

S38、判断i是否等于n，如果等于n，则计算完成，汇总每个质点在每个时间步对应的位移和内力；如果小于n，则返回步骤S32计算时间步的质点的位移和内力；

所述步骤S31中采用以下公式计算质点初始时间步位移，其中令,，得到计算令，得到计算结果如下：

其中，、以及为质点初始位移、初始时间步位移以及上一时间步位移，为单位时间步长，为质点初始质量，、为质点初始作用力；

所述步骤S31中先通过以下公式消去：

计算得出质点初始时间步位移如下：

其中，为质点初始速度，、以及为质点初始位移、初始时间步位移以及上一时间步位移，为单位时间步长，为质点初始加速度，为质点初始质量，、和为质点初始作用力。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限质点法的建筑群灾变模拟分布式计算方法，其特征在于，步骤S02中计算需启动从节点的执行进程数量公式如下：

其中是建筑群结构的单元总数，是每个从节点上执行进程能承受的最佳单元数量，是需要启动的从节点的执行进程数量。

3.根据权利要求1所述的一种基于有限质点法的建筑群灾变模拟分布式计算方法，其特征在于，所述步骤S33中判断各单元是否达到断裂标准，具体为判断以下公式，若以下公式成立，则为达到断裂标准：

其中，和分别表示构件局部坐标系下梁单元的轴向应变和轴向极限应变，当轴向应变大于或等于轴向极限应变是发现断裂；、分别表示构件局部坐标系下梁单元在-平面的扭转应变和断裂极限扭转应变，、、和分别表示构件局部坐标系下梁单元在-平面、-平面的弯曲应变和断裂极限弯曲应变。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于有限质点法的建筑群灾变模拟分布式计算方法，其特征在于，在步骤S1以及S2之间还包括步骤：

S11、在主控制节点的存储器中分配一块用于全局计算的缓冲区，所述缓冲区用于存储建筑群结构的单元数据数组，所述单元数据数组用于存储每个单元当前时间步和上一时间步的初始位置、位移、合力和合力矩。