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专利号: 2017104989295
申请人: 浙江大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-08-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于LabVIEW和FPGA的向量式有限元并行求解方法,其特征在于包括步骤:S1、采用LabVIEW开发环境作为FPGA的硬件编程工具,在主控计算机操作系统中,利用LabVIEW开发环境对待分析的土木结构进行向量式有限元建模的前处理操作,将所述土木结构离散成一系列具有质量的质点,质点与质点之间根据待分析结构的受力特点,选择相应的单元类型进行连接,并根据结构受力情况,计算出各个质点的等效质量,坐标,边界条件,初始集中节点荷载,集中外力的模型信息,在主控计算机中利用LabVIEW建立数组予以存储,形成向量式有限元模型;

S2、设定FPGA执行的线程数目,对向量式有限元模型中的质点和单元进行分割,形成若干质点群和单元群,质点群和单元群的数目同线程数目相等;

S3、根据前处理得到的向量式有限元模型信息和质点群、单元群划分数目,通过多线程并行计算的方法,计算向量式有限元模型中各质点在外力作用下产生的响应;

S4、对需要查看的节点响应,将其写入终端至主机的FIFO存储器当中;

S5、在主控计算机操作系统中搭建主控计算机与FPGA硬件的数据通讯接口,实现主控计算机对FPGA硬件的数据传递和FPGA硬件计算结果的可视化。

2.如权利要求1所述的一种基于LabVIEW和FPGA的向量式有限元并行求解方法,其特征在于:S1包括步骤:S1.1对待分析结构进行质点离散,即把结构离散为一系列具有质量的质点,质点与质点之间根据所分析结构的受力特点,选择相应的单元类型进行连接;

S1.2根据单元类型、质点数目以及待分析结构的几何信息,计算质点的坐标值,在主控计算机中利用LabVIEW建立数组予以存储;

S1.3计算单元的质量和惯性矩,并将其分配于同单元相连接的质点上,计算出各个质点的等效质量和等效惯性矩,在主控计算机中利用LabVIEW建立数组予以存储;

S1.4根据结构的受力特征和几何信息,定义各个质点的边界条件,在主控计算机中利用LabVIEW建立数组予以存储;

S1.5根据结构的受力特征,计算各个质点受到的初始集中节点荷载,在主控计算机中利用LabVIEW建立数组予以存储。

3.如权利要求1所述的一种基于LabVIEW和FPGA的向量式有限元并行求解方法,其特征在于:S3包括步骤:S3.1根据向量式有限元的计算理论,将向量式有限元模型在每一个数值积分步长内的动力响应求解过程分解成,质点位移预测、单元内力求解、质点内力组装、质点信息更迭,这

4个步骤,并在FPGA上建立顺序结构,确定这4个步骤的执行顺序;

S3.2在FPGA上创建存储器,用于读取和写入FPGA并行计算中产生的数据,并通过存储器读取存储在主控计算机中的向量式有限元模型数据,实现模型前处理信息的读取;

S3.3根据向量式有限元模型中质点群的划分数目,以While或For循环结构为基础,质点群所包含的质点数目为循环次数,采用中心差分法作为质点位移预测的数值积分算法,预测每一个质点的质点位移;

S3.4根据向量式有限元模型中单元群的划分数目,以While或For循环结构为基础,单元群所包含的单元数目为循环次数,采用向量式有限元理论中的虚拟逆向运动,对由预测得到的质点位移进行刚体位移的剔除求得质点的纯变形位移,并根据虚功原理即质点内力因质点变形所产生的虚功和单元内的变形虚功相等,对单元内力进行求解;

S3.5根据向量式有限元模型中单元群的划分数目,以While或For循环结构为基础,单元群所包含的单元数目为循环次数,采用质点内力的平衡原则,对由单元内力求解过程中得到的单元内力在相连质点上进行反方向组装,实现质点内力组装;

S3.6根据向量式有限元模型中质点群的划分数目,以While或For循环结构为基础,质点群所包含的质点数目为循环次数,将当前仿真时间步长的质点信息覆盖前一仿真时间步长的质点信息,将下一仿真时间步长的质点信息覆盖当前仿真时间步长的质点信息,实现每一个质点的质点位移更迭。