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計算力学レクチャーコース 非線形並列有限要素法 FrontISTRの理論・実装・応用 (電子書籍版)

出版社： 丸善出版
著者：
発行日： 2022-02-28
分野： その他  >  技術・工学
ISBN： 9784621306956
電子書籍版： 2022-02-28 （電子書籍版）
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5,280 円(税込)

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商品紹介

並列化対応の有限要素法である並列有限要素法を実践的に活用するため、本書では非線形構造解析のためのオープンソースプログラムであるFrontISTRを用いて解説する。FrontISTRの数理、離散化、並列化戦略などの基本原理から、プログラムの実装と改良の解説、そして近年の潮流であるクラウドコンピューティング事例まで、実用に供する話題を広くカバーしており、非線形並列有限要素法をはじめたい読者が、本書を手にとりながら実践できるような内容となっている。

目次

  • 表紙
  • 第2期の刊行にあたって
  • 序文
  • 目次
  • 1 非線形有限要素法
  • 1.1 連続体力学
  • 1.1.1 連続体と運動
  • 1.1.2 変形勾配テンソル
  • 1.1.3 ひずみ
  • 1.1.4 応力
  • 1.1.5 保存則
  • 1.1.6 平衡方程式と応力の対称性
  • 1.1.7 境界値問題
  • 1.1.8 仮想仕事の原理
  • 1.1.9 支配方程式
  • 1.1.10 時間方向の離散化
  • 1.2 材料構成則 ( 応力 - ひずみ関係式 )
  • 1.2.1 基礎事項
  • 1.2.2 線形弾性材料
  • 1.2.3 超弾性材料
  • 1.3 有限要素法
  • 1.3.1 空間と場の変数の有限要素離散化
  • 1.3.2 離散化された境界値問題
  • 1.4 離散化された境界値問題の解法
  • 1.4.1 Newton - Raphson 法
  • 1.4.2 剛性行列の計算 ( calc Ki )
  • 1.4.3 幾何学的境界条件の処理 ( AddBC )
  • 1.4.4 数値積分
  • 2 並列有限要素法
  • 2.1 なぜ並列なのか ?
  • 2.1.1 並列アーキテクチャ
  • 2.1.2 並列プログラミング
  • 2.1.3 有限要素法におけるノード間並列 - 領域分割と MPI -
  • 2.1.4 有限要素法におけるノード内並列 - ループ分割と OpenMP -
  • 2.1.5 理論性能と実効性能
  • 2.2 HEC - MW を基盤とする FrontISTR
  • 2.2.1 プログラミングの基本戦略とその背景
  • 2.2.2 HEC - MW の特長
  • 2.3 FrontISTR の並列化戦略
  • 2.3.1 フラット MPI とハイブリッド並列
  • 2.3.2 有限要素法のホットスポット
  • 2.3.3 局所データ構造
  • 3 非線形静解析のプログラム
  • 3.1 FrontISTR の基礎
  • 3.1.1 ソフトウェアの階層構造
  • 3.1.2 module の原則
  • 3.1.3 主要構造体
  • 3.1.4 主要変数と格納規則
  • 3.2 メインプログラム : main
  • 3.2.1 メイン関数 : main, fstr _ main
  • 3.2.2 静解析メイン : fstr _ static _ analysis
  • 3.3 非線形静解析 : analysis / static
  • 3.3.1 増分の管理 : fstr _ solve _ NLGEOM
  • 3.3.2 Newton - Raphson 法 : fstr _ Newton
  • 3.3.3 全体剛性行列の作成 : fstr _ StiffMatrix
  • 3.3.4 応力と内力の更新 : fstr _ UpdateNewton
  • 3.3.5 力学的境界条件の処理 : fstr _ ass _ load
  • 3.3.6 幾何学的境界条件 : fstr _ AddBC
  • 3.3.7 残差ベクトル計算 : fstr _ Update _ NDForce
  • 4 要素計算のプログラム : lib および lib / elements
  • 4.1 要素ライブラリの概要
  • 4.1.1 使用可能な要素種類
  • 4.1.2 プログラムコードと分岐
  • 4.2 3次元ソリッド要素の応力解析 : static _ LIB _ 3d. f90
  • 4.2.1 要素剛性行列の計算 : STF _ C3
  • 4.2.2 応力更新と内力計算 : UPDATE _ C3
  • 4.2.3 分布荷重節点力 : DL _ C3
  • 4.3 形状関数ライブラリ : elements. f90
  • 4.3.1 形状関数とその微分
  • 4.3.2 3次元ソリッド要素の形状関数
  • 4.3.3 積分点と重み : Quadrature
  • 5 材料構成則のプログラム : lib および lib / physics
  • 5.1 材料ライブラリ概要
  • 5.1.1 材料構成則のデータと分岐
  • 5.1.2 材料接線剛性行列の計算 : MatlMatrix
  • 5.1.3 3次元ソリッド要素の応力更新 : Update _ Stress3D
  • 5.2 線形弾性材料
  • 5.2.1 線形弾性材料の材料接線剛性 : calElasticMatrix
  • 5.3 超弾性材料
  • 5.3.1 超弾性材料の応力更新 : calUpdateElastic *
  • 5.3.2 超弾性材料の材料接線剛性 : calElastic *
  • 6 FrontISTR のカスタマイズ
  • 6.1 解析制御データの読み込み
  • 6.1.1 解析制御データの読み込み : fstr _ setup
  • 6.1.2 新しいデータブロックの追加
  • 6.2 出力変数の追加
  • 6.2.1 結果ファイル出力 : fstr _ write _ result
  • 6.2.2 新しい節点物理量出力の追加
  • 6.3 要素タイプの追加
  • 6.3.1 新しい要素タイプの追加
  • 6.4 材料構成則の追加
  • 6.4.1 新しい超弾性材料構成則の追加
  • 7 利用環境
  • 7.1 FrontISTR の利用方法
  • 7.1.1 FrontISTR の入手
  • 7.1.2 FrontISTR のビルド方法 ( Linux )
  • 7.1.3 FrontISTR の実行方法
  • 7.2 FrontISTR の開発方法
  • 7.2.1 Git によるコード開発
  • 7.2.2 GitLab. com によるチーム開発
  • 7.2.3 FrontISTR の開発基盤
  • 8 FrontISTR のクラウド利用
  • 8.1 Amazon Web Services での FrontISTR 利用方法
  • 8.1.1 AWS 上での環境構築手法
  • 8.1.2 ParallelCluster の設定と起動
  • 8.2 FrontISTR 実行例
  • 8.2.1 解析モデル
  • 8.2.2 まとめ
  • 参考文献
  • 索引
  • 奥付

この書籍の参考文献

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本参考文献は電子書籍掲載内容を元にしております。

参考文献

P.239 掲載の参考文献
[1] 久田俊明, 野口裕久, 復刊非線形有限要素法の基礎と応用, 丸善出版, 2020.
 
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[4] 岩下武史, 片桐孝洋, 高橋大介, スパコンを知る-その基礎から最新の動向まで, 東京大学出版会, 2015.
 
[5] 樫山和男, 西村直志, 牛島省, 計算力学レクチャーシリーズ 3 並列計算法入門, 丸善, 2003.
 
[6] 片桐孝洋, スパコンプログラミング入門-並列処理とMPIの学習, 東京大学出版会, 2013.
 
[7] 片桐孝洋, 並列プログラミング入門-サンプルプログラムで学ぶOpenMPとOpenACC, 東京大学出版会, 2015.
 
[8] 矢川元基, 関東康祐, 奥田洋司, 岩波講座現代工学の基礎計算力学 ≪空間系 I≫, 岩波書店, 2000.
 
[9] G. Karypis and V. Kumar, A fast and high quality multilevel scheme for partitioning irregular graphs, SIAM Journal on Scientific Computing, Vol. 20, No. 1, pp. 359-392, 1999.
 
[10] 今村俊幸, 荻田武史, 尾崎克久, 片桐孝洋, 須田礼仁, 高橋大介, 滝沢寛之, 中島研吾, ソフトウェア自動チューニング-科学技術計算のためのコード最適化技術, 森北出版, 2021.
 
[11] 横川三津夫, 谷啓二, 地球シミュレータ計画スーパーコンピュータで地球の未来を映し出す, 情報処理, Vol. 41, No. 4, pp. 369-374, 2000.
 
[12] 奥田洋司, GeoFEM/Tiger : 固体地球シミュレータ (第1回) -並列有限要素法プラットフォーム-, 計算工学, Vol. 4, No. 3, pp. 152-161, 1999.
 
[13] 奥田洋司, GeoFEM/Tiger : 固体地球シミュレータ (第2回) -並列有限要素法プラットフォーム-, 計算工学, Vol. 4, No. 4, pp. 28-36, 1999.
 
[14] 奥田洋司, 中島研吾共編, 並列有限要素解析 [I] クラスタコンピューティング, 培風館, 2004.
 
[15] 奥田洋司編著, 並列有限要素解析 [II] 並列構造解析ソフトウェアFrontISTRを使いこなす, 培風館, 2008.
 
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[18] J. C. Nagtegaal, D. M. Parks and J. R. Rice, On numerically accurate finite element solutions in the fully plastic range, Computer methods in applied mechanics and engineering, Vol. 4, No. 2, pp. 153-177, 1974.
 
[19] 鷲津久一郎, 宮本博, 山田嘉昭, 山本善之, 川井忠彦, 有限要素法ハンドブック I 基礎編, p. 77, Vol. 83, 培風館, 1981.
 
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[22] M. L. Bucalem and K. J. Bathe, Higher-order MITC general shell elements, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 36, No. 21, pp. 3729-3754, 1993.
 
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[24] Top500, https://www.top500.org
 
[25] Install intel performance libraries, https://software.intel.com/en-us/articles/installing-intel-free-libs-and-python-yum-repo
 

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