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核压力容器l立体密封监测系统的优化

作者:admin来源:中国压力容器网 日期:2012-1-30 8:45:34 人气: 标签:

  该程序应用弹塑性接触理论、瞬态温度场理论、瞬态热接触理论,同时还考虑了多种耦合作用的相互影响。由于程序对线性方程组的求解采用波前解法,但没有采用波宽优化,当求解大型结构问题时,由于节点数较多且波宽较大,若不利用外存,缓冲区内简约方程的数组很大,造成物理内存的大大不足,甚至超过WIN32系统的32位寻址范围;若大量利用外存,虽然内存大于最大波前区就可求解,但内外存交换频繁,计算效率很低。为了提高计算效率,必须合理选择计算方法,对求解器进行修改。

  在程序改进时,考虑到分析模型较大,计算过程复杂,载荷工况步多,程序新增重启动功能,用户在完成某一工况步的计算后可中断计算,查看计算结果,以决定是否继续计算。

  通过带宽优化可以使系数矩阵的内存需求量大大减少,但要提高计算效率,还需对存储方法和求解方法作进一步研究。

  用调试工具对程序求解过程进行的分析和测试可知,刚度矩阵中元素的访问占用的CPU时间较多。若刚度矩阵采用一维变带宽存储方法,虽然只需存储刚度矩阵对角线上(下)半带宽内非零元素,节省存储空

  间,但寻找元素较复杂,必须通过辅助数组,并经过较繁琐的计算才能寻址到元素,因此程序代码较复杂,计算所耗机时较多。如果采用二维等带宽存储法,寻址元素很快,节约机时,但又会存储较多的零元素,占据较多的存储空间。尤其对于大型结构的刚度矩阵,即使进行了带宽优化,其带宽仍有相当数量,加上刚度矩阵本身的稀疏性,将会有大量的零元素被存储,计算时,这些零元素也会被寻址,因此会降低计算的效率。

  因此,对于大型结构的有限元接触分析,有必要重新寻找高效的存储方法,这种存储方法应同时具有一维变带宽和二维等带宽存储的优点。经过反复测试,本程序实现了基于WIN32系统的内存动态存储技术的稀疏矩阵二维变带宽存储方法。该方法综合了一维变带宽和二维等带宽两种存储方法的优点,既具有只存储刚度矩阵对角线上(下)半带宽内非零元素的特征,又能直接寻址元素获得较高的计算效率。同时由于采用动态存储技术,故可动态分配或释放内存地址来满足刚度矩阵分块消元和回代的需要,达到最优的效果。

  Fortran 90中提供了一种指针的数据属性,可以表达复杂的数据结构,实现动态地内存分配。文中提出的基于动态存储技术的二维变带宽存储就是通过For tran 90指针数组实现的。为了保存刚度矩阵< K>的数据,定义如下二级动态存储的数据结构:TYPE Row REAL( 8) , DIMENSION( : ) , POINTER: : Data END TYPE TYPE( Row) , DIMENSION( : ) : : K通过这一数据结构,任意的刚度矩阵均可动态存储。通过第一级动态数组K(以指针数组Data为其元素)标识刚度矩阵的行(列)数,通过第二级指针数组Data分配内存地址保存矩阵每行(列)数据。使用时首先确定刚度矩阵的行(列)数,并通过动态数组K分配地址,然后分别确定刚度矩阵每行(列)的数据,并通过Da ta指针数组分配地址和存储数据。

  至此,矩阵< K>所有元素均被存储。如果在计算时要访问其中的某一元素,可直接寻址,不必进行任何地址的换算,例如要访问矩阵的第4行第7列元素,通过下标知它存放在K( 4) %Data( 7)中,可用如下代码取得该元素:REAL( 8) RData RData = K( 4) %Data( 7)以上代码实现的是按行二维变带宽存储,也可按列进行二维变带宽存储。按列存储时,程序代码的结构相同,只是每列分配地址的数量和保存数据的顺序不同。

  计算表明,带宽优化前的节点号差为13 127,优化后顶盖的节点号差为390,筒体的节点号差为443,带宽减少了约30倍,可见通过带宽优化可以大大减少存储空间,提高计算效率。预紧结束及运行过程中压力容器的变形情况。预紧结束时,环内槽处相对分离量为- 36. 79 m,外槽处相对分离量为- 276. 3 m,说明内环和外环均处于压偏状态。

  ( a)预紧结束时(b)工况步8结束时随时间变化曲线。整个运行过程外槽最大分离量为- 282 m,可见外环一直处于压紧状态;内槽最大分离量达62 m,出现在降温阶段,说明压力容器的降温过程是最危险的工况,这是由于螺栓温度滞后所引起的螺栓力下降造成的。

  1)综合一维变带宽存储和二维等带宽存储的优点,提出了基于二级动态存储的二维变带宽存储方法,既可以节省数据存储空间,又可以简捷地通过脚标访问矩阵元素,提高计算效率。

  2)改进后的三维密封分析程序新增了带宽优化、分块消元等计算功能,计算效率和求解规模较原分析程序有较大的提高(示于) ,对核容器运行过程密封分析的计算结果均有符合实际的良好规律。该程序不仅可以用于核压力容器的密封分析,也可用于其它同类结构的密封分析,具有广阔的应用前景。

  

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