上海交通大学学报 ›› 2023, Vol. 57 ›› Issue (8): 981-987.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.209
所属专题: 《上海交通大学学报》2023年“船舶海洋与建筑工程”专题
收稿日期:
2022-06-13
修回日期:
2022-08-09
接受日期:
2022-08-26
出版日期:
2023-08-28
发布日期:
2023-08-31
通讯作者:
杨彩虹,博士,讲师,电话(Tel.):0511-84401178;E-mail:作者简介:
管延敏(1983-),高级工程师,从事船舶水动力学研究.
基金资助:
GUAN Yanmin1, YANG Caihong1(), KANG Zhuang2, ZHOU Li1
Received:
2022-06-13
Revised:
2022-08-09
Accepted:
2022-08-26
Online:
2023-08-28
Published:
2023-08-31
摘要:
为解决粒子的无序化易引起的图形处理器(GPU)内存访问冲突问题和提高计算效率,通过建立粒子重排序技术提出了一种改进的GPU加速策略.将该加速策略应用于光滑粒子流体动力学(SPH)方法中对三维带障碍物溃坝进行模拟,并与实验结果对比对算法进行验证,获得了较高的计算精度.基于此算例,通过在不同硬件设施上进行模拟分别对粒子重新编号的效果和算法的求解效率比较研究.结果表明,粒子重新编号技术可以保证稳定的单步运行时间,能够有效解决GPU-SPH算法显存访问冲突问题;该GPU加速的SPH并行算法能够大幅提高SPH方法求解效率,随着粒子数量的增加,其大幅缩短计算时间的优势愈发明显,为扩大SPH方法解决三维数值模拟的适用性提供了可能.
中图分类号:
管延敏, 杨彩虹, 康庄, 周利. 一种改进GPU加速策略在光滑粒子流体动力学方法中的应用[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(8): 981-987.
GUAN Yanmin, YANG Caihong, KANG Zhuang, ZHOU Li. Application of an Improved GPU Acceleration Strategy for the Smoothed Particle Hydrodynamics Method[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2023, 57(8): 981-987.
[1] | 刘肃肃, 胡祎乐, 余音. 基于GPU 的近场动力学模拟的并行化方法[J]. 上海交通大学学报, 2016, 50(9): 1362-1367. |
LIU Susu, HU Yile, YU Yin. Parallel computing method of peridynamic models based on GPU[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2016, 50(9): 1362-1367. | |
[2] | HARADA T, KOSHIZUKA S, KAWAGUCHI Y. Smoothed particle hydrodynamics on GPUs[C]//Computer Graphics International. Petropolis, Brazil: Computer Graphics Society, 2007, 40: 63-70. |
[3] | CRESPO A C, DOMINGUEZ J M, BARREIRO A, et al. GPUs, a new tool of acceleration in CFD: Efficiency and reliability on smoothed particle hydrodynamics methods[J]. PloS One, 2011, 6(6): 1-13. |
[4] |
HE Y, BAYLY A E, HASSANPOUR A, et al. A GPU-based coupled SPH-DEM method for particle-fluid flow with free surfaces[J]. Powder Technology, 2018, 338: 548-562.
doi: 10.1016/j.powtec.2018.07.043 URL |
[5] | XIA X, LIANG Q. A GPU-accelerated smoothed particle hydrodynamics (SPH) model for the shallow water equations[J]. Environmental Modelling & Software, 2016, 75: 28-43. |
[6] |
XIONG Q, LI B, XU J. GPU-accelerated adaptive particle splitting and merging in SPH[J]. Computer Physics Communication, 2013, 184 (7): 1701-1707.
doi: 10.1016/j.cpc.2013.02.021 URL |
[7] | 徐锋. 基于众核架构的并行SPH 算法的研究与实现[D]. 上海: 上海交通大学, 2013. |
XU Feng. Research and implementation of the smoothed particle hydrodynamics algorithm based on multi-core architecture[D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2013. | |
[8] | 金善勤, 郑兴, 段文洋. 基于GPU 并行的改进SPH 方法对黏性流场的模拟[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2015, 36(8): 1011-1018. |
JIN Shanqin, ZHENG Xing, DUAN Wenyang. Viscosity flow simulation using improved SPH method based on GPU parallel calculation[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2015, 36(8): 1011-1018. | |
[9] | 杨志国, 黄兴, 郑兴, 等. GPU在SPH方法模拟溃坝问题的应用研究[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2014, 35(6): 661-666. |
YANG Zhiguo, HUANG Xing, ZHENG Xing, et al. The application research of GPU in the SPH method to simulate the dam breaking problem[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2014, 35(6): 661-666. | |
[10] |
车庆首, 李传文, 张轶, 等. GAPI: GPU 加速的移动对象并行索引方法[J]. 计算机科学与探索, 2017, 11(11): 1713-1722.
doi: 10.3778/j.issn.1673-9418.1608038 |
CHE Qingshou, LI Chuanwen, ZHANG Yi, et al. GAPI: GPU accelerated parallel method for indexing moving objects[J]. Journal of Frontiers of Computer Science and Technology, 2017, 11(11): 1713-1722. | |
[11] |
IHMSEN M, AKINCI N, BECKER M, et al. A parallel SPH implementation on multi-core CPUs[J]. Computer Graphics Forum, 2011, 30: 99-112.
doi: 10.1111/j.1467-8659.2010.01832.x URL |
[12] | 聂霄. 不可压缩SPH流体的真实感模拟及其加速技术研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2015. |
NIE Xiao. Study on realistic simulation and acceleration techniques of incompressible SPH fluids[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2015. | |
[13] |
WENDLAND H. Piecewise polynomial, positive definite and compactly supported radial functions of minimal degree[J]. Advances in computational Mathematics, 1995, 4(1): 389-396.
doi: 10.1007/BF02123482 URL |
[14] |
MONAGHAN J J, GINGOLD R A. Shock simulation by the particle method SPH[J]. Journal of Computational Physics, 1983, 52(2): 374-389.
doi: 10.1016/0021-9991(83)90036-0 URL |
[15] |
MONAGHAN J J. Particle methods for hydrodynamics[J]. Computer Physics Report, 1985, 3(2): 71-124.
doi: 10.1016/0167-7977(85)90010-3 URL |
[16] |
KLEEFSMAN K M T, FEKKEN G, VELDMAN A E P, et al. A volume-of-fluid based simulation method for wave impact problems[J]. Journal of Computational Physics, 2005, 206: 363-393.
doi: 10.1016/j.jcp.2004.12.007 URL |
[1] | 张泽龙, 张颖超, 伍波, 董威, 樊友本. 高灰度级高分辨率激光散斑血流实时成像研究[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(5): 552-559. |
[2] | 王沙沙, 张翔宇, 邱国志, 龚景海. 一种分析膜面在积水荷载作用下响应的数值模型[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(6): 730-738. |
[3] | 唐耿林, 李建军, 李元辉, 张珑耀, 朱文峰. 基于胶层填充的薄板包边成形数值模拟及实验研究[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(4): 523-531. |
[4] | 李元辉, 李建军, 王顺超, 张珑耀, 朱文峰. 铝合金薄板含胶滚压成形工艺建模及实验[J]. 上海交通大学学报, 2022, 56(4): 532-542. |
[5] | 张晓慧,柏君励,顾解忡,马宁. 一种不可压缩二维流动的显式逐次超松弛并行算法[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(6): 681-687. |
[6] | 牛伟龙,莫蓉,孙惠斌,韩周鹏. 基于光滑粒子流体动力学方法与TANH本构方程的钛合金切屑形态预测[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(5): 624-632. |
[7] | 江列霖,杨培中,史超. 基于负载均衡分区法的建筑火灾并行数值模拟及应用[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2018, 52(11): 1524-1531. |
[8] | 王小庆a,b,金先龙a,b,曹源a. 大规模输水隧道水锤效应三维数值模拟[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2016, 50(01): 98-102. |
[9] | 池子文a,b,张丰a,b,杜震洪a,b,刘仁义a,b. 云环境下基于预分片的遥感数据并行重采样方法[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2014, 48(11): 1627-1632. |
[10] | 印桂生1, 王海玲1, 2, 张菁1, 倪军2, 王建3. 快速高效的碰撞检测算法 [J]. 上海交通大学学报(自然版), 2012, 46(06): 962-966. |
[11] | 王建炜, 金先龙, 曹露芬, 张伟伟. 列车载荷下隧道联络通道动态响应的并行计算[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2012, 46(04): 591-595. |
[12] | 王建炜, 金先龙, 王新, 张伟伟. 双线隧道联络通道地震响应的并行数值分析[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2011, 45(10): 1557-1561. |
[13] | 曹露芬,金先龙,吴惠明,杜新光,. 施工中隧道与运输车辆动态耦合的并行计算方法 [J]. 上海交通大学学报(自然版), 2010, 44(11): 1534-1538. |
[14] | 甄希金,武殿梁,朱洪敏,范秀敏. 交互虚拟装配仿真过程中物体间间隙动态计算方法[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2010, 44(02): 259-0263. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||