[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

说明书

本发明涉及分布式数据处理领域，公开了一种基于有限质点法的建筑群灾变模拟分布式计算方法，所述方法包括以下步骤：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，主控制节点对建筑群结构中每个质点的合力、合力矩进行更新。本发明以有限质点法作为计算基础，通过计算机集群分布式计算，有效实现大规模以及高效率的城市建筑群地震灾变模拟计算。

技术领域

本发明涉及分布式数据处理领域，更具体地，涉及一种基于有限质点法的建筑群灾变模拟分布式计算方法。

背景技术

近年来，世界各地区地震频发，给生命和财产安全造成了极大的威胁。因此，科学预测城市建筑群地震破坏，发现抗震薄弱环节，减少地震损失，具有重要的科学意义和工程价值。为了解决城市建筑群结构地震灾变模拟问题，很多学者对城市建筑群大规模计算进行研究。现有技术的研究中多以GPU作为计算平台，以非线性多自由度剪切模型和多自由度弯剪耦合模型对建筑进行建模，采用非线性动力时程计算作为分析手段，进行城市区域震害分析的方法，取得良好的模拟效果，但此类方法受制于单台计算机计算能力的限制，当城市区域建筑群达到一定规模时，震害模拟无法高效率开展。

此外，目前在大规模结构模拟中大多数使用有限单元法作为计算理论，这种计算理论是以连续介质力学为基础，由单元刚度矩阵集成整体刚度矩阵，通过求解偏微分方程组得到结构的非线性效应，但是面对城市建筑群海量计算单元，刚度矩阵求解则变得非常困难，因此此类方法应对大规模计算效率比较低，而且存在“生死单元”、“网格划分”等缺陷影响计算的准确度。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷（不足），提供一种基于有限质点法的建筑群灾变模拟分布式计算方法，用于实现大规模以及高效率的城市建筑群地震灾变模拟计算。

本发明采取的技术方案是，一种基于有限质点法的建筑群灾变模拟分布式计算方法，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。

本发明中，通过计算机集群对建筑群结构数据进行分布式协同计算，计算机集群技术通过高速网络将多个计算机节点连接在一起形成一个高可用性、高性能、高扩展性的计算机集群系统，它通过将单个任务划分成多个子任务，利用多个处理器进行并行计算，从而能处理更大规模的数量，更快地获得计算结果。同时，本发明基于有限质点法作为计算理论，有限质点法以牛顿运动方程作为控制方程，不需要集成整体刚度矩阵，单元纯变形和内力计算彼此独立，具有良好的可并行性，因此本发明中可以通过多台计算机分布式协同计算实现有限质点法计算加速，从而提高计算规模和计算效率，实现有限质点法进行城市建筑群结构地震灾变大规模计算模拟。本发明中，针对分布式计算的求解系统主要可以包括有集群资源管理器、每个应用程序的主控制节点、运行作业任务的从节点和每个从节点上负责具体任务的执行进程，可以通过上述求解系统将计算机节点组织起来，根据城市建筑群结构的规模进行统一分配和调度，之后再根据分布式计算框架的计算逻辑，将数据和任务分发到各个计算机节点上进行计算，从而实现大规模高效率的城市建筑群地震灾变模拟计算。

进一步的，在步骤S1之前还包括步骤：