Typical areas of application of explicit dynamics are impact, crash test, and most importantly, wave propagation simulations. Due to the numerically highly demanding nature of these problems, efficient automatic mesh generators and transient solvers are required. To this end, a parallel explicit solver exploiting the advantages of balanced octree meshes is introduced. To avoid the hanging nodes problem encountered in standard finite element analysis (FEA), the scaled boundary finite element method (SBFEM) is deployed as a spatial discretization scheme. Consequently, arbitrarily shaped star-convex polyhedral elements are straightforwardly generated. Considering the scaling and transformation of octree cells, the stiffness and mass matrices of a limited number of unique cell patterns are pre-computed. A recently proposed mass lumping technique is extended to 3D yielding a well-conditioned diagonal mass matrix. This enables us to leverage the advantages of explicit time integrator, i.e., it is possible to efficiently compute the nodal displacements without the need for solving a system of linear equations. We implement the proposed scheme together with a central difference method (CDM) in a distributed computing environment. The performance of our parallel explicit solver is evaluated by means of several numerical benchmark examples, including complex geometries and various practical applications. A significant speedup is observed for these examples with up to one billion of degrees of freedom and running on up to 16,384 computing cores.


翻译:应用清晰动态的典型领域是影响、崩溃测试和最重要的是波波传播模拟。由于这些问题在数量上要求很高,需要高效的自动网状生成器和瞬时求解器。为此,引入了一个平行的清晰求解器,利用平衡的奥克特里介质的优势。为了避免标准限量元素分析(FEA)中遇到的挂接节点问题,将规模的边界限制元素法(SBFEM)作为一种空间分解方案部署。因此,可以直接生成任意形成的恒星-凝聚元素。考虑到奥克特里细胞的扩大和变换,需要预先配置有限的独特细胞模式的僵硬性和质基质矩阵。最近提出的大规模拼凑技术扩大到3D,产生一个有良好条件的偏差质矩阵矩阵。这使我们能够利用明确时间分解器的优势,也就是说,可以高效地对十亿个恒定流流流流变化进行编译,而不需要解决线性方程式系统。我们共同实施一个计划,同时使用一个核心差异计算方法,包括各种直径计算模型的精确度,在各种数字环境中进行一个平行的计算。

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