Implicit monolithic parallel solution algorithm for seismic analysis of dam-reservoir systems
Baraj-rezervuar sistemlerinin deprem etkisi altında örtük yekpare ve paralel olarak çözümlenmesi
- Tez No: 619031
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR KURÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 193
Özet
Bu araştırmada, barajlar için yapı-akışkan etkileşiminin doğrusal dinamik olarak çözümleyebilecek yüksek başarımlı ve ölçeklenebilir performanslı bir çözüm yöntemi geliştirilmiştir. Rezervuarın modellenmesinde suyun sıkıştırılabilme ve viskozite özellikleri göz önüne alınmıştır. Yüksek başarım ve arttırılabilir performans elde edebilmek için paralel hesaplamaya uygun alt-yapı tabanlı çözüm yöntemleri seçilmiştir. Lagrange çarpanlarına dayalı alt-yapı tabanlı bir çözüm yöntemi olan SEYY (Sonlu Elemanlar Yırt ve Yapıştır)(ing. FETI) yapı-akışkan etkileşimi problemlerini çözümlemek için uygulanmış ve sonuç olarak tamamen örtük yekpare bir çözüm yöntemi geliştirilmiştir. Çözüm yönteminin sayısal olarak oluşturulmasından sonra geliştirilen yöntemin nasıl iyileştirilebileceği araştırılmıştır. Sonuca ulaşma hızını arttırabilmek amacıyla farklı iyileştirme yöntemleri uygulanmıştır. Buna ek olarak, dinamik çözümleme sırasında takip eden zaman aralıklarında çözümleme için gereken çözüm yineleme sayısını azaltmak amacıyla daha önceki çözümler sırasında elde edilen Krylov alt uzay vektörleri kullanılmıştır. Bunların dışında, deflasyon yöntemlerinin İyileştirilmiş Eşlenik Gradyan (ing. Preconditioned Conjugate Gradient) ve SEYY çözümleme yöntemlerine uygulaması incelenmiştir. Deflasyon yöntemlerinin başarımı kullanılan deflasyon vektörlerine bağlı olduğu için literatürde yer alan farklı deflasyon vektörü hesaplama yöntemleriaraştırılmıştır. Bunlara ek olarak, kullanılan sonlu eleman formülasyonlarından elde edilen önceden seçilmiş sıfır enerji şekillerine dayalı tamamen yeni bir yarı-buluşsal deflasyon vektörü hesaplama yöntemi önerilmiştir. Bu yöntemlerin gereksinimleri ve sonuç olarak kullanımlarıyla elde edilen iyileşmeler esnek duvarlı su tankı probleminin çözümlenmesi örneği üzerinde tartışılmıştır. Baraj sistemlerindeki yapı-akışkan etkileşiminin çözümü için sunulan hesaplama yaklaşımın daha gerçekçi ve büyük örneklerin (bilgisayar kümeleri yardımıyla) çözümündeki başarımını ve ölçeklenebilirliğini incelemek amacıyla, bu yaklaşım C++ programlama dili ve PETSc kütüphanesi kullanılarak uygulanmıştır. Bu paralel uygulamada, FETI-DP çözüm yöntemi farklı deflasyon vektörü hesaplama yöntemleri ile birlikte kullanılmıştır. Geliştirilen paralel çözüm sisteminin başarımı ve arttırılabilirliği farklı sonlu eleman tipleri, farklı bölümleme yaklaşımları ve farklı işlemci sayıları için araştırılmıştır. Son olarak, geliştirilen bu sistem ABD'de bulunan Pine Flat Barajı'nın çözümlenmesinde kullanılmış ve çözüm sisteminin nihai performansı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
This research mainly focuses on developing a computationally scalable and efficient solution algorithm that can handle linear dynamic analysis of dam-reservoir interaction problem. Lagrangian fluid finite elements are utilized and compressibility and viscosity of the fluid are taken into consideration during the reservoir modeling. In order to provide computational scalability and efficiency, domain decomposition methods implemented with parallel computing approaches such as Finite Element Tearing and Interconnecting (FETI) family solution algorithms are utilized for the coupling of the subdomains and a fully implicit monolithic solution algorithm is developed. Following that, the ways of performance improvements for the algorithm are demonstrated. Re-orthogonalization is utilized to increase the convergence rate of the solution of system equations and Krylov subspaces are utilized in order to decrease the required iterations for the future time integration steps. Additionally, utilization of deflation methods on Preconditioned Conjugate Gradient (PCG) and Finite Element Tearing and Interconnecting (FETI) family solvers is discussed. Due to the fact that efficiency and behavior of the deflation methods depends on the deflation vectors utilized, different deflation vector generation methods are also investigated. Two of the deflation vector generation methods are from literature, i.e.“Subdomain Deflation Method”and“Recursive DeflationMethod for Heterogeneous Problems”. In addition to them, a novel semi-heuristic deflation vector generation strategy which relies on the pre-selected zero energy modes of finite element formulations is proposed. Requirements, improvements and efficiencies of these methods are demonstrated for the serial solution of water tank with flexible walls problem. In order to investigate the efficiency and scalability of the presented solution approach on the solutions of more realistic problems by computer clusters, this approach is implemented by utilizing C++ programming language and PETSc library. In this parallel implementation, FETI-DP solution algorithm is utilized with different deflation vector generation algorithms. The efficiency and the scalability of the parallel solution framework are discussed for different types of finite elements, for different partitioning approaches and for different number of processors. Finally, the solution performance is presented for a large actual dam model, Pine Flat Dam in California, USA.
Benzer Tezler
- A parallel monolithic approach for the numerical simulation of fluid-structure interaction problems
Akışkan-yapı etkileşimi problemlerinin sayısal simülasyonu için paralel monolitik bir yöntem
ALİ EKEN
Doktora
İngilizce
2016
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAYRİ ACAR
DOÇ. DR. MEHMET ŞAHİN
- Large deflection and elasto-plastic analysis of Mindlin plates with mixed FEM
Mindlin plaklarının karışık sonlu elemanlar yöntemi ile büyük çökme ve elasto-plastik analizi
AKİF KUTLU
Doktora
İngilizce
2013
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET HAKKI OMURTAG
- Computational modeling of cardiac dysfunctions
Kalp hastalıklarının hesaplamalı olarak modellenmesi
EZGİ BERBEROĞLU YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. SERDAR GÖKTEPE
- Spinoserebellar ataksili hastalarda örtük bellek süreçleri ile yapısal ve fonskiyonel konnektivite korelasyonları
Implicit memory in patients with spinocerebellar ataxia and its structural and functional connectivity correlations
ÇİĞDEM ULAŞOĞLU YILDIZ
Doktora
Türkçe
2017
Nörolojiİstanbul ÜniversitesiSinir Bilimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM HAKAN GÜRVİT
- Vergi güvenlik önlemi olarak örtülü sermaye uygulamasının 5520 Sayılı Kurumlar Vergisi Kanunu açısından değerlendirilmesi
Evaluation of tax security measure covered capital application in terms of Corporate Tax Law No. 5520
ZUHAL VARDAR