Delist.ru

 Методы и средства разработки систем автоматизированного проектирования строительных объектов с технологией распараллеливания вычислений в компьютерных сетях (25.06.2009)

Автор: Кислицын Дмитрий Игоревич

Рис.3. Варианты организации вычислений в сети:

а) вариант использования двух ПК, б) вариант использования трёх ПК

ПС «Решатель» предусматривает дружественный интерфейс пользователю, имеющему опыт работы с ПС «Лира». Так задание параметров рассчитываемой модели конструкции (ввод геометрических, жесткостных и силовых параметров) реализуется средствами ПС «Лира» на любом доступном пользователю компьютере, вовлекаемом в вычислительный процесс.

Разбиение введённой модели на подмодели также осуществляется в интерфейсе ПС «Лира». При этом в стержни, через которые проходит «режущая» поверхность, вводятся дополнительные узлы путём дробления этих стержней на две части в заданном проектировщиком произвольно соотношении. Модель с введёнными дополнительными узлами сохраняется в файл, например model.lir. Подготавливаемая к расчёту модель записывается в файл под другим именем, например model-l.lir. В model-l.lir выделяются, а затем удаляются узлы и элементы, находящиеся правее введенных дополнительных узлов. В сформированной подмодели model-l.lir выполняется предусмотренная в ПС «Лира» операция упаковки данных, в результате которой происходит автоматическая перенумерация узлов. Далее подмодель конвертируется в текстовый файл путём выбора из меню (Файл – Создать текстовый файл), и полученный файл (model-l.txt) сохраняется на одном из компьютеров-клиентов (при организации на трёх ПК) или на компьютере-сервере (при организации на двух ПК).

Далее загружается в ПС «Лира» модель из файла model.lir и сохраняется в файл под другим именем, например model-r.lir. В model-r.lir выделяются, а затем удаляются узлы и элементы, находящиеся левее введенных дополнительных узлов. Затем выполняется преобразование model-r.lir в model-r.txt, и полученный файл (model-r.txt) сохраняется на другом компьютере-клиенте.

На выполнение указанных операций у пользователя, имеющего навык работы в ПС «Лира», в зависимости от сложности модели, уходит 10–20 минут.

Следующим этапом работы пользователя будет работа в ПС «Решатель» (Reshatel.exe), который запускается из папки «C:\ReshatelAgent\» на компьютере-сервере. При этом на экране появляется главная форма «Ввод исходных данных» (рис. 4).

Для работы в ПС необходимо предварительно выполнить настройки, обратившись к меню «Настройка», которая распадается на четыре пункта (рис. 5). Первые два пункта относятся непосредственно к расчётному процессору ПС «Лира». В пункте «IP-конфигурация» указываются IP-адреса компьютеров, вовлекаемых в вычислительный процесс системы (рис. 5). При этом компьютеры могут находиться как в локальной (LAN), так и глобальной (WAN) компьютерных сетях.

Пункт «По умолчанию» загружает первоначальные настройки системы.

Для восстановления всех настроек, сделанных при решении предыдущей задачи, используется кнопка «Загрузить данные из файла…».

На рис. 6 показана структурная схема фрагмента (блоки 1–7) алгоритма (рис. 2) на файловом уровне. Нумерация блоков соответствует обозначениям, указанным на блок-схеме алгоритма (рис. 2).

Создание ПС «Решатель» предоставило возможность дать оценку эффективности предложенной технологии и изучить факторы, влияющие на производительность системы.

В Таблице 1 и на графиках (рис. 7) указаны затраты времени при расчётах статически неопределимых конструкций с различным числом неизвестных. Расчёты проводились на ПК P IV (3 ГГц, ОЗУ: 512 Мб) и Celeron (1,8 ГГц, ОЗУ: 96 Мб).

В столбце «Разница во времени, мин.» указана абсолютная разница в минутах между временем расчёта без распараллеливания и с распараллеливанием. Относительная разница во времени высчитывалась по

? = (Т0 - Тп) / Тп * 100%, (4)

где Т0 – время расчёта без распараллеливания в минутах, а Тп – время расчёта с распараллеливанием в минутах.

Из Таблицы 1 и графиков на рис. 7 видно, что эффект от распараллеливания возникает как при использовании менее производительных (Celeron), так и более производительных (Pentium IV) ПК.

На рис. 8 представлены графики, иллюстрирующие выигрыш в продолжительности вычислений при распараллеливании вычислительного процесса в минутах по сравнению с временем, затрачиваемым при расчёте стандартным методом в ПС «Лира» на компьютерах различной производительности.

Также было проведено численное сравнение двух подходов к решению современных задач проектирования и расчёта строительных конструкций:

1) стандартный расчёт методом конечного элемента (МКЭ),

2) метод разделения конструкции на подконструкции.

Одна из рассчитываемых моделей приведена на рис. 9. Модель представляет собой 30-ти этажное здание, состоящее из четырёх секций, соединённых между собой переходами.

Вычисления проводились на ПК с процессором Pentium D с тактовой частотой 3,2 ГГц под управлением ОС Microsoft Windows XP Professional SP2 (объём оперативной памяти – 512 Мб, максимальный размер файла подкачки –

4 Гб, доступное дисковое пространство – 60 Гб, жесткий диск – Samsung HD 120IJ с шиной Serial ATA).

Для модели, приведённой на рис. 9 и состоящей из 339 942 узлов (2 034 372 неизвестных), разделение конструкции на подконструкции выполнялось по переходам между секциями 2 и 3.

В Таблице 2 приведено сравнение времени, требуемого для расчёта стандартным методом в ПС «Лира» и методом разделения конструкции на подконструкции.

В графах «tст» и «tРп/к», соответственно, указано в часах время расчёта стандартным методом и методом разделения на подконструкции (МРП). В графе «?tстч» указана разница во времени в часах по сравнению с распараллеливанием МРП:

?tстч = tст-tРп/к. (5)

В графе «?tст%» указана относительная разница во времени в процентах по сравнению с распараллеливанием МРП:

?tст% = ?tстч / tРп/к * 100%. (6)

Полученные данные можно проиллюстрировать графически (рис.10).

В Таблице 3 приведено сравнение объёма дискового пространства, требуемого для расчёта стандартным методом в ПС «Лира» и методом разделения на подконструкции.

В графах «mст» и «mРп/к» указан в Мб объём дискового пространства, требуемого для расчёта, соответственно, стандартным методом и методом разделения на подконструкции.

В графе «?mстМб» указана разница в объёме дискового пространства в Мб по сравнению с распараллеливанием МРП:

?mстМб = mст-mРп/к . (7)

В графе «?mст%» указана относительная разница в объёме дискового пространства в процентах по сравнению с распараллеливанием методом МРП:

?mст% = ?mстМб / mРп/к * 100% . (8)

Полученные данные можно проиллюстрировать графически (рис. 11).

Эффект от распараллеливания практически заметен при

ПСУ > ПСУmin, где ПСУ – число неизвестных в конечно-элементной модели, а ПСУmin – некоторая величина зависящая от производительности ПК. Из графиков на рис. 10 и 11 видно, что для используемых компьютеров (Pentium D 940 на ядре Presler) величина ПСУmin составляет примерно 870 000 неизвестных (145 000 узлов в пространственной модели) при учёте времени и ПСУmin?172 002 неизвестных (28 667 узлов) при рассмотрении требований к объёму дискового пространства.

загрузка...