基于CUDA的有限元矩阵并行装配算法研究

来源：计算力学学报杂志2020年第3期北京时间：

作者：胡斌星,李新国,孙鹏

单位：西北工业大学 航天学院, 西安 710072,西北工业大学 空天飞行技术研究所, 西安 710072,西北工业大学 航天学院, 西安 710072,西北工业大学 空天飞行技术研究所, 西安 710072,西北工业大学 航天学院, 西安 710072,西北工业大学 空天飞行技术研究所, 西安 710072

摘要：构建航天飞行器的结构有限元模型是准确模拟飞行仿真、完成飞行器在轨飞行阶段结构故障监测和诊断的基础。采用细长体飞行器简化梁模型，提出新的基于CUDA（Compute Unified Device Architecture）的有限元单元刚度矩阵生成和总刚度矩阵组装算法。依据梁单元矩阵的对称性，结合GPU硬件架构提出并行生成算法并进行改进。为有效减少装配时间，在装配过程中采用着色算法，提出了基于GPU（Graphics Processing Unit）共享内存的非零项组装策略，通过在不同计算平台下算例对比，验证了新算法的快速性。数值算例表明，本文算法的求解效率较高，针对一定计算规模内的模型可满足快速计算与诊断的实时性要求。

关键词：有限元,数值计算,特征矩阵组装,CUDA,

基金资助：国防基础科研项目（A0420132102）资助项目.