当前位置: X-MOL 学术arXiv.cs.CE › 论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
juSFEM: A Julia-based Open-source Package of Parallel Smoothed Finite Element Method (S-FEM) for Elastic Problems
arXiv - CS - Computational Engineering, Finance, and Science Pub Date : 2020-01-23 , DOI: arxiv-2001.08849
Zenan Huo, Gang Mei, Nengxiong Xu

The Smoothed Finite Element Method (S-FEM) proposed by Liu G.R. can achieve more accurate results than the conventional FEM. Currently, much commercial software and many open-source packages have been developed to analyze various science and engineering problems using the FEM. However, there is little work focusing on designing and developing software or packages for the S-FEM. In this paper, we design and implement an open-source package of the parallel S-FEM for elastic problems by utilizing the Julia language on multi-core CPU. The Julia language is a fast, easy-to-use, and open-source programming language that was originally designed for high-performance computing. We term our package as juSFEM. To the best of the authors knowledge, juSFEM is the first package of parallel S-FEM developed with the Julia language. To verify the correctness and evaluate the efficiency of juSFEM, two groups of benchmark tests are conducted. The benchmark results show that (1) juSFEM can achieve accurate results when compared to commercial FEM software ABAQUS, and (2) juSFEM only requires 543 seconds to calculate the displacements of a 3D elastic cantilever beam model which is composed of approximately 2 million tetrahedral elements, while in contrast the commercial FEM software needs 930 seconds for the same calculation model; (3) the parallel juSFEM executed on the 24-core CPU is approximately 20x faster than the corresponding serial version. Moreover, the structure and function of juSFEM are easily modularized, and the code in juSFEM is clear and readable, which is convenient for further development.

中文翻译:

juSFEM:用于弹性问题的基于 Julia 的并行平滑有限元方法 (S-FEM) 开源包

Liu GR 提出的平滑有限元方法 (S-FEM) 可以获得比传统 FEM 更准确的结果。目前,已经开发了许多商业软件和许多开源软件包来使用 FEM 分析各种科学和工程问题。然而,很少有工作专注于为 S-FEM 设计和开发软件或软件包。在本文中,我们利用 Julia 语言在多核 CPU 上设计并实现了一个用于弹性问题的并行 S-FEM 的开源包。Julia 语言是一种快速、易于使用且开源的编程语言,最初是为高性能计算而设计的。我们将我们的包称为 juSFEM。据作者所知,juSFEM 是第一个用 Julia 语言开发的并行 S-FEM 包。为了验证 juSFEM 的正确性和评估其效率,进行了两组基准测试。基准测试结果表明,(1) juSFEM 与商用 FEM 软件 ABAQUS 相比可以达到准确的结果,(2) juSFEM 只需 543 秒即可计算由大约 200 万个四面体单元组成的 3D 弹性悬臂梁模型的位移,而相比之下,商业 FEM 软件对于相同的计算模型需要 930 秒;(3) 在 24 核 CPU 上执行的并行 juSFEM 比相应的串行版本快约 20 倍。而且juSFEM的结构和功能易于模块化,juSFEM中的代码清晰易读,便于进一步开发。进行了两组基准测试。基准测试结果表明,(1) juSFEM 与商用 FEM 软件 ABAQUS 相比可以达到准确的结果,(2) juSFEM 只需 543 秒即可计算由大约 200 万个四面体单元组成的 3D 弹性悬臂梁模型的位移,而相比之下,商业 FEM 软件对于相同的计算模型需要 930 秒;(3) 在 24 核 CPU 上执行的并行 juSFEM 比相应的串行版本快约 20 倍。而且juSFEM的结构和功能易于模块化,juSFEM中的代码清晰易读,便于进一步开发。进行了两组基准测试。基准测试结果表明,(1) juSFEM 与商用 FEM 软件 ABAQUS 相比可以达到准确的结果,(2) juSFEM 只需 543 秒即可计算由大约 200 万个四面体单元组成的 3D 弹性悬臂梁模型的位移,而相比之下,商业 FEM 软件对于相同的计算模型需要 930 秒;(3) 在 24 核 CPU 上执行的并行 juSFEM 比相应的串行版本快约 20 倍。而且juSFEM的结构和功能易于模块化,juSFEM中的代码清晰易读,便于进一步开发。(2) juSFEM计算一个由大约200万个四面体单元组成的3D弹性悬臂梁模型的位移只需要543秒,而商业FEM软件对于相同的计算模型需要930秒;(3) 在 24 核 CPU 上执行的并行 juSFEM 比相应的串行版本快约 20 倍。而且juSFEM的结构和功能易于模块化,juSFEM中的代码清晰易读,便于进一步开发。(2) juSFEM计算一个由大约200万个四面体单元组成的3D弹性悬臂梁模型的位移只需要543秒,而商业FEM软件对于相同的计算模型需要930秒;(3) 在 24 核 CPU 上执行的并行 juSFEM 比相应的串行版本快约 20 倍。而且juSFEM的结构和功能易于模块化,juSFEM中的代码清晰易读,便于进一步开发。(3) 在 24 核 CPU 上执行的并行 juSFEM 比相应的串行版本快约 20 倍。而且juSFEM的结构和功能易于模块化,juSFEM中的代码清晰易读,便于进一步开发。(3) 在 24 核 CPU 上执行的并行 juSFEM 比相应的串行版本快约 20 倍。而且juSFEM的结构和功能易于模块化,juSFEM中的代码清晰易读,便于进一步开发。
更新日期:2020-02-21
down
wechat
bug