автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Интегрированные системы распараллеливания вычислительных процессов в локальных компьютерных сетях для проектирования строительных конструкций

На правах рукописи

□03053723

Кислицын Дмитрий Игоревич

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЛОКАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (строительство, архитектура)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2007

003053723

РАБОТА ВЫПОЛНИ 1А В НИЖЕГОРОДСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ АРХИТЕКТУР! Ю-СТРОИЛ-ЛЬНОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Супрун Анатолий Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Павлов Александр Сергеевич, кандидат технических наук, доцент Банкрутенко Владимир Викторович

Ведущая организация

Научно-исследовательский институт механики государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Защита диссертации состоится «27» февраля 2007 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.162.04 при Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 603950, г.Нижний Новгород, ул.Ильинская, 65, корпус 5 .аудитория 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «26» января 2007 г.

Учёный секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Строительные сооружения являются объектами длительного пользования и в процессе эксплуатации могут подвергаться разнообразным внешним воздействиям, в том числе не предусмотренными первоначальным проектом. Это может быть реконструкция существующих зданий, пристраивание или встраивание новых зданий в существующую застройку и т.п.

На современном этапе в строительном проектировании происходит переход от основополагающего критерия несущей способности конструкций к критерию безопасности зданий и сооружении, что, помимо прочностного анализа и оценки надежности, предполагает прогнозирование поведения строительного объекта в аварийных ситуациях при частичной потере несущей способности (т.е. оценку живучести). Связано это с участившимися авариями строительных объектов, вызванными чаще всего непроектными воздействиями. Для объективной оценки состояния сооружения становится актуальным производить расчёт всей конструкции (строящегося объекта) как единой системы. Такая постановка задачи требует от вычислительного устройства больших аппаратных и временных ресурсов.

Такими ресурсами располагают современные суперЭВМ, которыми, к сожалению, обычно не располагают проектные организации. Эти системы настолько сильно отличаются по своему устройству от привычных персональных компьютеров и рабочих станций, что требуют для своего эффективного использования принципиально новой программной, математической и даже организационной среды. Для них разрабатываются дорогостоящие программные вычислительные комплексы, поддерживающие технологию распараллеливания вычислительного процесса (MSC.NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, LS-DYNA и др.). Кроме того, наблюдается и нехватка специалистов в области параллельных вычислений, которых в настоящее время в основной своей массе вузы не готовят.

В проектных организации строительного профиля России, как правило, используются персональные компьютеры (ПК) и сертифицированные Госстроем РФ программные комплексы (Lira, SCAD и др.), не поддерживающие распараллеливание и поэтому имеющие существенные ограничения на параметры, характеризующие степень сложности статически неопределимой системы.

Кроме того, расчёт конструкции с большим числом элементов на одном персональном компьютере не гарантирует получение достаточно точного

результата в связи с накоплением при численном решении систем уравнений ошибок, возрастающих при увеличении числа неизвестных.

Всё это свидетельствует о том, что в настоящее время решение проблемы создания достаточно простых вычислительных комплексов на базе имеющихся в организации офисных ПК и стандартных программных средств, прошедших сертификацию в Госстрое РФ, является особенно актуальной.

Целыо диссертационной работы является разработка научных и методических принципов построения высокопроизводительных вычислительных комплексов в виде кластерной системы на базе ПК-ов и сертифицированных Госстроем программных продуктов для автоматизации проектирования строительных конструкций.

Методы исследования. В работе использовались теоретические и методологические основы построения автоматизированных систем проектирования, методы строительной механики и вычислительной математики. Научная новизна состоит в разработке:

- метода искусственного разделения системы (ИРС) на подконструкции, позволяющего применять параллельные технологии в организации вычислительного процесса и обеспечивающего в конечном итоге расчёт системы как единого целого на базе сертифицированных Госстроем РФ программных продуктов;

- теоретических основ построения высокопроизводительного аппаратно-программного комплекса, обеспечивающего проектирование строительных конструкций в локальных компьютерных сетях доступными для строительных организаций вычислительными средствами. Теоретическая и практическая ценность. В диссертации предложен

метод и создан на его основе программный продукт, позволяющий существенно сократить аппаратно-временные ресурсы, затрачиваемые проектными организациями на выполнение расчётов зданий и сооружений, а также расширить возможности существующих в организации расчётных программных средств. Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались:

- на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов, магистрантов и студентов (г. Н. Новгород, ННГАСУ, март 2004г.);

- на 11-й Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки (февраль 2006г.);

- на V-й Межрегиональной научно-практической конференции. Новые информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления (г. Н.Новгород, май 2006г.);

- на научном семинаре в Варшавском политехническом университете (г.Варшава, Польша, декабрь 2006г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе 1 в рекомендованном ВАКом журнале «Известия ВУЗов. Строительство». Список приведён в конце автореферата.

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, трёх глав, выводов, списка литературы и приложений общим объёмом 154 страницы, в том числе 85 страниц основного текста, 43 рисунка, 16 таблиц. Список использованных литературных источников включает в себя 60 позиций.

СОДЕРДЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, отмечена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе содержится краткий обзор состояния проблемы автоматизированного проектирования строительных конструкций, использующей технологии параллельных вычислений. Рассмотрены основные направления развития высокопроизводительных аппаратных и программных средств.

Одним из наиболее трудоёмких разделов архитектурно-строительного проектирования являются проектно-конструкторские решения. Для этой стадии проектирования характерен итерационный подход, т.е. поиск параметров элементов конструкций путём неоднократных повторных пересчётов моделей сооружения вплоть до изменения расчётных схем.

Известно, что разработка конструкторских решений — это процесс, практически всегда требующий сложных и трудоемких математических вычислений. Поэтому работы над автоматизацией этой стадии проектирования ведутся давно. В настоящее время для решения этой задачи широкое применение получили такие программные средства, как ЛИРА, SCAD Office, StruCAD, MSC.NASTRAN, ANSYS, ABAQUS.

Указанные программные средства позволяют производить разработку конструкторских решений строительных объектов с высокой степенью статической неопределимости. Однако для конструкций с большим числом элементов их практическое применение требует значительных затрат времени на вычислительный процесс, что при вариативном подходе к выбору

конструктивных схем зданий и сооружений приводит к значительным затратам времени как на решение прочностной задачи, так и на получение чертёжной документации. Кроме того требуются значительные ресурсы вычислительной техники (объёмы оперативной памяти и жёсткого диска, а также высокой производительности центрального процессора) превышающих возможности современных персональных компьютеров.

Выход из сложившейся ситуации можно было бы найти на пути применения высокопроизводительных параллельных вычислительных систем.

В настоящее время получили применение два подхода к повышению производительности ЭВМ за счёт распараллеливания вычислений:

1) использование специально разработанных программ, ориентированных на ЭВМ с параллельной архитектурой;

2) организация автоматического распараллеливания вычислений на уровне компиляции и/или машинных команд.

Второй подход является более экономичным, но менее эффективным. Новейшие вычислительные средства, реализующие параллельные технологии, настолько сильно отличаются по своему устройству от привычных персональных компьютеров и рабочих станций, что требуют для своего эффективного использования принципиально новой программной, математической и даже организационной среды.

Специалистов в области параллельных вычислений катастрофически не хватает. В настоящее время в основной своей массе вузы не готовят кадры, необходимые для постановки и решения больших задач. В области параллельных вычислений практически нет учебников, учебных пособий и т.д.

С приходом кластеров и больших распределённых систем пользователь почти весь процесс решения задач должен организовывать сам. Научиться этому, прочитав несколько страниц или даже томов инструкций, практически невозможно. Чтобы стать хорошим специалистом в области параллельных вычислений, необходимо иметь за плечами и опыт, и обширную фундаментальную подготовку. Поэтому эксплуатация систем параллельной архитектуры в настоящее время является делом исключительно сложным.

Программы с персонального компьютера в общем случае достаточно эффективно не переносятся на параллельные системы. Поэтому потребуется коренная их переделка, сопровождаемая дополнительным анализом задачи и, возможно, полной заменой методов „обработки информации. При этом эффект от распараллеливания может быть только в том случае, когда программа изначально рассчитана на работу с параллельными системами, что в программах,

ориентированных на персональные компьютеры, встречается редко. Те же программы, которые поддерживают распараллеливание, как правило, являются зарубежными (MSC.NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, LSDYNA и др.), не имеющими сертификата соответствия Госстроя РФ.

Однако для проектирования зданий и сооружений проектировщики обязаны применять сертифицированные в Госстрое России программные средства (SCAD Office, Лира-Windows и др.), к сожалению, не предусматривающие распараллеливание вычислительного процесса.

В этих программных средствах реализован численный метод дискретизации сплошной среды методом конечных элементов. Наиболее затратным в плане аппаратных и временных ресурсов является построение матриц жесткости, формирование и решение системы канонических уравнений. При этом расчёт конструкции с большим числом элементов на одном персональном компьютере не гарантирует получение достаточно точного результата в связи с накоплением ошибок при численном решении систем уравнений, возрастающих при увеличении числа неизвестных.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что, несмотря на то, что, параллельные вычисления являются перспективной и динамично изменяющейся областью научной и прикладной деятельности, применять данные технологии в рядовых проектных организациях РФ крайне затруднительно.

Для выхода из сложившейся ситуации предлагается разработать для проектных организаций вычислительный кластер, который мог бы быть создан на базе имеющихся в организации офисных ПК и стандартных программных комплексов, прошедших сертификацию в Госстрое РФ. В этом случае, проектная организация выигрывала бы в следующем:

■/ отсутствие затрат на приобретение дорогостоящих вычислительных систем, а, возможно, и полное отсутствие затрат на приобретение дополнительной техники; S отсутствие затрат на приобретение, установку и обслуживание программных средств для работы с большими параллельными системами;

■/ отсутствие необходимости обучения сотрудников работе с новыми сложными программными средствами (экономия как финансовых средств, так и рабочего времени), так как расчётчики работали бы с привычным для них программным обеспечением, на привычных компьютерах.

Другими словами, построение кластера на базе стандартных аппаратных и программных средств, имеющихся в организации, позволило бы значительно повысить эффективность работы организации, а, следовательно, и получаемой прибыли без каких бы то ни было значительных финансовых и временных затрат со стороны проектной организации.

В соответствии с поставленной задачей в диссертации разрабатывается третий подход к распараллеливанию: создание специального программного средства, автоматически распараллеливающего вычислительный процесс в кластере.

В главе 2 для решения поставленной задачи — расчёта сложной статически неопределимой строительной конструкции на вычислительном кластере с помощью стандартных аппаратных и программных средств, предлагается искусственно разбивать рассчитываемую конструкцию на несколько подконструкций, связанных между собой согласованными граничными условиями, обеспечивающими работу каждой подсистемы как составной части единой механической системы.

Рассмотрим некоторую произвольную стержневую конструкцию С, находящуюся под воздействием внешних сил. Условно «разрежем» С поверхностью Ь-Ь на две подконструкции А и В (Рис. 1). Положим, что в результате этой операции мы перерезали п стержней. Места разрезов стержней будем называть узлами.

Рассмотрим некоторый узел у(1 < ] <п) и направление г перемещения этого узла. Здесь перемещение будем понимать в обобщённом смысле, т.е. это может быть линейное перемещением узла в некотором заданном направлении или поворот сечения стержня на некоторый угол.

В указанном смысле для простоты дальнейших рассуждений под обобщёнными силами также будем понимать как действующие силы, так и изгибающие и крутящие моменты.

Будем считать, что / - это одна из осей /и-мерного базиса Ст (1 < / < т), в котором полностью определяются геометрические изменения стержня в узловой точке в соответствии с принятыми гипотезами деформирования элементов стержневой конструкции.

Все силы, действующие на каждую из полученных систем, можно разделить на внешние и внутренние. Силы взаимодействия между подсистемами в узлах будем называть внутренними. '

Очевидно, что для равновесия системы в целом обобщённые внутренние силы соответствующих узлов должны быть попарно равны по модулю и противоположны по направлению.

Обозначим через /ц внутреннее обобщённое единичное усилие, приложенное в узле /(1 < / < и) в направлении А; из Рт (1 < к < т), где Рт — /и-мерный базис. Для определённости будем считать, что С„, и Рт совпадают. Положим, что усилие /и вызвало в узле У в некотором направлении ¡' перемещение (¡'¡¡и в подконструкции А и й"ци - в подконструкции В.

Найдём фиктивные нагрузки в стержнях, разрезанных плоскостью Ь-Ь, обеспечивающие работу обеих подконструкций как составных частей единой конструкции, находящейся под действием заданной системы внешних нагрузок. При этом будем считать, что материал элементов конструкции работает в пределах применимости закона Гука.

Пусть Ри — обобщённая фиктивная нагрузка, приложенная в узле / в каком-либо направлении к. Тогда перемещение (линейное или угловое) узла j в напралении /, возникающее от ¥и в подконструкции А будет с!, а в подконструкции В будет равно -(¡"ок1 . Общее перемещение узла] в напралении г, возникающее от всех фиктивных сил сечения, будет составлять:

т п

- в подконструкции А,

0)

к=1/=1 т п

4=1 /=1

- в подконструкции В.

Пусть £)*/,, О",у - перемещения /-го узла в ¡-ом направлении в подконструкциях А и В, соответственно, рассматриваемых как свободные независимые конструкции, от действующих на них внешних нагрузок. Тогда перемещение в направлении г в узле возникающее от действия всех внешних (фактических) и фиктивных сил, будет:

(3)

- в подконструкции А,

- в подконструкции В.

Для обеспечения совместности обобщённых перемещений приравняем перемещения от всех фактических и фиктивных сил в подконструкциях А и В, т.е. Ц? = Иу для всех / е [1,2,...,т\] е [1,2,...,и]. Или, с использованием (3) и (4), получим

О^ЕГ^+ЕГц

(5)

Далее, подставляя в (5) выражения из (1) и (2), получим те п ( т п

X 2 ^ у к! ^к! ^ X ^ у к! ^к!

к=\ 1=1 , ¿=1 /=1

и V

Или

(6)

А=1 /=1 4 '

Вводя обозначения

с1ик1=(Гт+а%]кь (7)

У У . V' '

мы получим следующую систему линейных уравнений:

т п

к=11=1

Или в развёрнутом виде

4,1,1,.^,! + 4....А.2 +- + <,,* А/ = Д..

<*|.2..Л| + 4.2.1 А.2 +- + <2,.,Л,/ = Д.2

4.У...Л. + 4.Л.А.2 + - + + -+ А.„ = Д., . (10)

^ .Р + Р + +(1 Т7 = I)

^ т.«,1,1 1,1 Т 1.2 ~ ит,п,к,!1 к,1 ыт,п,т.пМ т.п

Таким образом, мы получили систему из (т*п) уравнений с (т*п) неизвестными Гц. Решая данную систему, найдём неизвестные силы /ч/ обеспечивающие работу подконструкций А и В как единой стержневой системы, при которых перемещения Д ; будут соответствовать фактическим перемещениям исходной конструкции.

Заметим, что для плоской стержневой системы т-3, а для пространственной конструкции т =6.

Таким образом, 1'\л = (Рц, Г2,1, Рц, Р4 (, Р61), где за 1гц, Т^,, можно принять проекции вектора фиктивных сил, а за Р4 \, Р5к Г:61 - проекции (фиктивных моментов в узле I.

Аналогично можно осуществить разбиение исходной стержневой конструкции и на несколько подконструкций.

Используя полученные математические зависимости, можно построить расчёт статически неопределимой стержневой конструкции параллельно на двух компьютерах путём её разделения на две подконструкции. При этом вычислительный процесс расчёта всей конструкции на двух взаимосвязанных персональных компьютерах может быть проиллюстрирован следующей блок-схемой (Рис. 2).

Блок 1 (препроцессор) предусматривает выполнение пользователем в интерактивном режиме следующих работ по подготовке конструкции к расчёту:

- создание исходной модели конструкции, включая геометрию, жесткостные характеристики элементов, силовые нагрузки и граничные условия;

- анализ модели для выбора оптимального разделения конструкции на подконструкции;

- выполнение операции ввода данных о двух условно независимых подконструкциях с сохранением информации, соответственно, в двух различных файлах на разных компьютерах кластера;

- ввод дополнительных данных в управляющее программное средство, а именно:

■ указание путей к файлам разделённых подконструкций;

■ количества и номеров узлов «перерезанных» стержней конструкции, которые будем называть общими.

П7

i©

от единичных загружений fv 3«

© вычисление D* Б С

от Фактического загружения

Препроцессора подготовка информации

©

вычисление DA

Фактического

Фиктивного ЗОгружения

®

Формирование и решение СУ1АУ. ST с№= Dj

Определение фиктивных нагрузок _F и__

© н- вычисление а от единичны* зогрууенип f*< S© 3« О у 1 . 1

® , г с 1

от фочт ииеского 1 ÏÏ1

. загружения

® и ^ыиисление DF

фоктиирского

фиктивного зогружения

©

Постпооиессос". вывод результатов

Кооректировкс! ^изменение Фактииескои нагрузку

j

. Конец

Рис. 2. Укрупненная блок-схема алгоритма распараллеливания Процессор (блоки 2, 3, 4, 5, 6) является основной частью программы. Непосредственно в нём производится расчёт, который условно можно разделить на три этапа (I, И, III на Рис. 2).

В блоке 2а выполняется расчёт на компьютере А от единичных загружений fu, приложенных в общие узлы подконструкции А и определяются перемещения d'ijki- ,

В блоке 26 выполняется расчёт на компьютере А от фактического загружения в подконструкции А и определяются перемещения D'y.

В блоке За выполняется расчёт на компьютере В от единичных загружений, приложенных в общие узлы подконструкции В и определяются перемещения

В блоке 36 выполняется расчёт на компьютере В от фактического загружения в подконструкции В и определяются перемещения £>"у.

Этап II (блок 4) выполняется на компьютере А. Здесь вычисляются значения фиктивных нагрузок Ри путем решения системы линейных алгебраических уравнений (10), сформированной на основе результатов вычислений, полученных на этапе I.

В блоке 5 выполняется расчёт на компьютере А от загружения, включающего в себя фиктивные Ру (вычисленные на II этапе и приложенные в общие узлы) и фактические нагрузки подконструкции А. В результате расчёта получаем перемещения

соответствующие фактическим перемещениям

исходной конструкции.

В блоке 6 выполняется расчёт на компьютере В от загружения, включающего в себя фиктивные (вычисленные на II этапе и приложенные в общие узлы) и фактические нагрузки подконструкции В. В результате расчёта получаем перемещения

соответствующие фактическим перемещениям

исходной конструкции.

В постпроцессоре (блок 7) результаты расчёта процессора сводятся на один из компьютеров и при необходимости выводятся на печать (на принтер или плоттер). Дополнительный этап (Корректировка на Рис. 2) служит для внесения изменений расчётчиком во внешнюю нагрузку, если это требуется.

Заметим, что для расчёта //раз статически неопределимой конструкции без разделения на подконструкции требуется один раз решить систему из N линейных уравнений с N неизвестными.

Применение рассмотренного алгоритма приводит к необходимости решения (М*К+2) раз системы с N1 неизвестными, а также и систему с N2 неизвестными, где N1 — число неизвестных в первой подконструкции, Лг? — во второй подконструкции (N=N¡+N2), К - число «перерезаемых» стержней. М = 3, для плоской конструкции и М- 6, для пространственной.

В связи с этим создаётся впечатление, что с увеличением К разбиение конструкции на подконструкции существенно повышает трудоёмкость вычислительного процесса, хотя и понижает максимальный порядок системы решаемых уравнений. Однако, так как все решения сводятся к подконструкциям одной и той же геометрии, матрица жесткости подконструкций остаётся неизменной. А это позволяет существенно упростить повторные решения.

В главе 3 описан выбор базового расчётного программного средства (ПС), представлено описание разработанного ПС «Решатель», управляющего работой кластера, а также приведены примеры расчёта с применением ПС «Решатель».

Очевидно, что эффективность предложенного подхода к распараллеливанию вычислительного процесса будет зависеть от программного средства (ПС), которое будет использоваться в качестве основного решателя задачи. Поэтому был произведён анализ программных средств, получивших наиболее широкое применение в России: SCAD Office, Лира-Windows (далее Лира), MSC.NASTRAN.

Так как характерной особенностью предложенного алгоритма является расчёт подконструкций от большого количества загружений, то временные затраты на получение решения задачи является важнейшим показателем ПС, используемого в качестве решателя. Для выбора ПС был произведен расчёт тремя Г1С одной и той же плоской статически неопределимой конструкции, требующей решения порядка 135 900 линейных, уравнений, при нескольких загружениях.

Проведённые экспериментальные вычисления задачи (параметры: 22 801 узел, 45 150 элементов, 135 900 неизвестных) показали, что до 11 загружений в конструкции SCAD-y требуется меньше времени для расчёта, чем Лире (Рис. 3).

Но 11 загружений при использовании описанного алгоритма недостаточно для расчёта пространственной конструкции даже с двумя общими узлами (необходимо 13 загружений). В то же время, свыше 11 загружений лучшие показатели у Лиры. Так при расчёте задачи средствами SCAD-a затрачивается на 27 % больше времени, чем Лирой. При 20 загружениях - на 73%, при 30 - на 155%.

Также необходимо заметить, что NASTRAN выполняет расчёт от одного загружения примерно в 20 раз быстрее, чем Лира. Однако, как это видно из графика (Рис. 3), при 30 (пространственная конструкция с 4 общими узлами) и большем числе загружений NASTRAN требует большего времени счёта, чем

Лира. Указанная тенденция подтверждается и на других примерах.

20 18 16 H ¡12 «10

I8 6 4 2 0

О 1 2 3 4 5 G 7 8 9 К! 11 12 13 14 15 16 17 18 19 23 2 1 22 23 2 4 25 26 27 2 8 29 3 0 31 32

Число элгруженнй

Рис. 3. График зависимости времени расчёта от числа загружений для ПС Лира, SCAD-a

и NASTRAN-a

Поэтому в качестве базового расчётного ПС было выбрано ПС Лира. Этот выбор основывается также на том, что ПС Лира, в отличие от NASTRANa, является программным продуктом, имеющим сертификат Госстроя РФ,

Профамма «Решатель» использует в качестве базового ПС программный комплекс "ЛИРА-Windows". ПС «Решатель» написано Щ Visual Basic и состоит ю двух частей: «Сервер» и «Клиенте.

Пользователь работает непосредственно с серверной частью, которая управляет работой кластера. Клиентская часть взаимодействует с ПС «Лира». «Решатель» функционирует на кластере из двух (или трёх) компьютеров (Рис. 4).

Лира

Клиент

а) вариант, использования двух ПК

б) вариант использования трех ПК

Рис.4. Варианты построения кластера Так как ПС «Решатель» ориентирован на работу с Лирой, то, соответственно, необходимо, чтобы на двух компьютерах, были установлены клиентские части «Решателя». В случае применении варианта с двумя ПК (Рис.4а), они могут быть соединены между собой посредством локальной сети или через глобальную сеть (интернет). При этом серверная часть устанавливается на одном из них. В случае применения второго варианта - три ПК (Рис. 46), серверная часть устанавливается на отдельном компьютере. Клиентские части созываются с серверной также через локальную или глобальную сеть. Связывать клиентские части между собой ненужно.

Работа с вычислительным комплексом начинается с создания рассчитываемой модели конструкции (аВОд геометрических, силовых,

жесткостных и граничных параметров модели) в Лире на любом доступном пользователю компьютере и последующим «разбиением» её на две подмодели. «Разбиение» на подмодели выполняется средствами Лиры следующим образом:

1) в стержни, через которые проходит «режущая» поверхность, ввести дополнительные узлы, путём дробления этих стержней на две части в заданном проектировщиком соотношении;

2) модель с введёнными дополнительными узлами сохранить в файл, например, model.lir;

3) подготовленную к расчёту модель сохранить в файл под другим именем, например, model-l.lir;

4) в model-l.lir выделить, а затем удалить узлы и элементы, находящиеся правее введенных дополнительных узлов;

5) в сформированной подмодели model-l.lir необходимо выполнить предусмотренную в Лире операцию упаковки данных, в результате которой происходит автоматическая перенумерация узлов;

6) далее подмодель необходимо конвертировать в текстовый файл путём выбора из меню: Файл — Создать текстовый файл и сохранить полученный файл (model-l.txt) на одном компьютере-клиенте (при построении кластера на трёх ПК) или на компьютере-сервере (при построении кластера на двух ПК);

7) загрузить в Лиру модель из файла model.lir и сохранить в файл под другим именем, например, model-r.lir;

8) в model-r.lir выделить, а затем удалить узлы и элементы, находящиеся левее введенных дополнительных узлов;

9) для подмодели model-r.lir выполнить п.5 текущего списка указаний;

10) далее подмодель необходимо конвертировать в текстовый файл путём выбора из меню: Файл — Создать текстовый файл и сохранить полученный файл (model-r.txt) на другом компыотере-клиенте.

В результате выполнения вышеперечисленных операций на клиентских частях кластера появятся файлы левой и правой подмоделей (model-l.txt и model-r.txt), которые будут использоваться в ПС «Решатель».

Далее проектировщик работает в ПС «Решатель». При вводе информации «Решатель» будет запрашивать номера дополнительных узлов для левой и правой подмоделей. Кроме того, необходимо ввести и число узлов (включая дополнительные) в наибольшей из подмоделей.

Следует заметить, что для работы кластера должен быть обеспечен доступ с компьютера-сервера к папке «Lira» на каждом компьютере-клиенте.

Для выполнения расчёта запускается специальный файл Agent.exe на компьютерах-клиентах (файл может запускаться автоматически при включении компьютеров), после чего запускается файл Reshate1.exe из папки «C:\Resh аге1А$еШ\» на компьютере-с ер вере. При этом на экране появляется главная форма «Ввод исходных данных» (Рис.5),

!<■ Виод кИ мод ими д.жмм* : ................... ЯИКГ*' Оцнааца |

Укажите файлы л^й&й и правбй ткгнконструкций! * ■ - ■ -:

Лр.м* ||

У)»жите максимальное *али*ество --- г—

узлзд в наибопьшей .^конструкции

Расчёт Отмена

_____________ - - ....______ - '1

Рис.5. Главная форма

Для выполнения расчёта предусматривается следующий порядок действий: Главной форме (Рис.5) указать пути к текстовым файлам (с расширением «1x1») с исходными данными для левой и правой подмоделей, которые должны храниться на разных компьютерах-клиентах, соответственно. Если функции сервера и клиента выполняет одни и тот же компьютер, то файл для левой подмодели должен храниться иа компьютере-сервере;

2) ввести число, равное количеству узлов наибольшей из подмоделей;

3)указать количество общих (дополнительных) узнав, т.е. углов по которым была «разрезана» исходная модель и нажать кнопку' «Ок.». Откроется окно с предложением ввести номера общих узлов для левой и правой подмоделей, соответственно (Рис.6). Нумерация узлов левой и правой подмоделей независима.

* Задайте 1*01**1» обядоя уэДО»

2 общийуэвпиз 3 Лееля Правая

|5457 |3571 *

Отмене I

П|шь | Готово |

IV! | 1-0*( !

1 I 1024 I 2X01

2 I 5457 I 3571

3 I 1264 1 54Б0

штгх -[рйттей!

Нет, ест»» ошибки)

Г

Рис.6. В150Л номеров общих узлов

Рис.7. Список номеров узлов

Для подтверждения введённых номеров нажать кнопку «Принять». Перемещаться между общими узлами можно с помощью кнопок-стрелок Х^ (Предыдущий / Следующий). После ввода всех узлов нажать кнопку «Готово». При этом появится окно со списком введённых узлов (Рис.7).

Если в списке обнаружены ошибки, то следует нажать кнопку «Нет, есть ошибки!». В этом случае программа вернётся к предыдущему окну (Рис. 6), в котором с помощью кнопок-стрелок можно исправить ошибки. В противном случае следует нажать кнопку «Да, всё верно!» и программа вернётся к Главной форме (Рис. 5).

После ввода исходных данных кнопка «Расчёт» в главной форме становится доступной. После нажатия кнопки «Расчёт» начинается процесс расчёта.

Результатом работы IIC «Решатель» являются файлы с именами типа: <имя левой подмодели> Пс#00.<имя левой подмодели>_Ас, <имя левой подмодели>_Яс_05. <имя левой подмодели>_йс и <имя левой подмодели>_ fic_06. <имя левой подмодели>1]с на клиенте левой подмодели и <имя правой подмодели>_йс#00. <имя правой подмодели>_йс, <имя правой подмодели>_йс_05. <имя правой подмодели>_Гю и <имя правой подмодели>_йс_06. <имя правой подмодели>_йс на клиенте правой подмодели. Кроме того, сообщается время, затраченное на весь расчёт, а также количество итераций и точность решения СЛАУ методом Зейделя. Для дальнейшей работы с просчитанными подмоделями (просмотр результатов в графическом виде, их печать и другие операции в графическом препроцессоре Лиры) необходимо импортировать полученные файлы (<имя левой подмодели>_Гю#00. <имя левой подмодели>_Г[С и <имя правой подмодели>_Ас#00. <имя правой подмодели>_йс) в Лиру (меню Файл - Импортировать задачу...). При этом, необходимо отметить, что файлы исходных данных остаются в неизменном виде. Это позволяет выполнить повторный просчёт нового геометрического или физического варианта задачи путём корректирования данных, указанных в исходных текстовых файлах, или некоторым другим путём.

Структурная схема (Рис. 8) укрупнено описывает процесс расчёта модели (например, с именем model) на уровне файлов. Номера блоков и их описания соответствуют блок-схеме на Рис. 2.

Некоторые данные, полученные с применением разработанного ПС «Решатель» и без него (стандартным методом без разделения конструкции на подконструкции) представлены в Таблице 1 и на графике (Рис. 9). Расчёты проводились на ПК: Р IV - 3 ГГц ,ОЗУ: 512 Мб; Celeron - 1,8 ГГц, ОЗУ: 96 Мб.

Препмшессор

мпессс

CD

1 Средства Лиры :

исходная модель, создаваемая пользователю ПК model.Hr на любом доступном

+

левая подмодель, полученная удаления правой части model-l.Hr из исходной в результате

1

левая подмодель, файл и сохранённая на одном model-l.txt конвертированная в текстовый из компьютеров-клиентов

*

правая подмодель, полученная результате удаления левой части model-r.Hr из исходной в

+ конвертированная в текстовый компьютере-клиенте

правая подмодель, файл и сохранённая на другом model-r.txt

model- _ed.txt

1 ©

model-l_ed_05. model-1 ed

ПС «Решатель»

файлы левой/правой подмоделей с фактическим и единичными загружениями, автоматически сформированные ПС «Решатель» файлы с результатами в текстовом формате

(перемещения узлов) левой/правой подмоделей от фактического и единичных загружений, автоматически сформированные ПС Лира

model- r_ed.txt

•

model-r_ed_05. model-r ed

Формирование и решение СЛАУ. Определение фиктивных нагрузок (4^)

model-1 fic.txt

©

model-l_fic#00. model-lfic

model-l_fic_05. model-l_fic

model-l_fic_06. mortal-l fir.

файлы левой/правой подмоделей с фактическим и фиктивным загружениями, автоматически сформированные Г1С «Решатель»

файлы с результатами для импортирования в Лиру и в текстовом формате (перемещения узлов, усилия в элементах) левой/правой подмоделей от фактического и фиктивного загружений, автоматически сформированные ПС Лира

model-r_fic.txt

© 1

model-r fic#00.

model -г_йс

model-r Ас 05.

model -г_йс

model-r Ас 06.

model -г Лс

Постпроцессор: вывод результатов

(Ь

Рис. 8. Структурная схема работы с кластером на файловом уровне

Кроме того, перемещения всех узлов обеих подмоделей, а, следовательно, и модели целиком, можно посмотреть (не обращаясь к Лире) в файлах с суффиксом «_05», где они представлены в табличном виде. Усилия во всех элементах представлены в файлах с суффиксом «_06». Эти файлы можно открыть в любом текстовом просмоторщике (редакторе), например, в стандартном средстве Windows - «Блокноте».

Таблица 1

№ п/п Число неизвестных (ПСУ) Время расчёта, мин. Разница во времени, мин. Относительная разница во времени (Д), %

без распараллеливания С распараллеливанием

Р IV Celeron Р IV Celeron Р IV Celeron Р IV Celeron

1 3762 0,08 0,35 0,45 0,53 -0,37 -0,18 -82,22 -33,96

2 7356 0,13 0,45 0,4 0,5 -0,27 -0,05 -67,50 -10,00

3 15012 0,28 3,05 0,68 1,23 -0,4 1,82 -58,82 147,97'

4 33324 0,87 8,53 1,45 2,11 -0,58 6,42 -40,00 304,27

5 60012 5,6 21,7 2,57 4,45 3,03 17,25 117,90 387,64

6 93762 11,8 47,05 5,33 9,6 6,47 37,45 121,39 390,10

7 134928 22 103,85 8,17 18,13 13,83 85,72 169,28 472,81

В столбце «Разница во времени, мин.» указана абсолютная разница в минутах между временем расчёта без распараллеливания и с распараллеливанием. Относительная разница во времени высчитывалась по формуле:

А=(То-Тп)/Тп* 100%,

где Т0 - время расчёта без распараллеливания в минутах, аТ„- время расчёта с распараллеливанием в минутах.

Эффект от распараллеливания возникает при ПСУ > ПСУтш , где ПСУ -число неизвестных в конечно-элементной модели, а ПСУт|п - некоторая величина зависящая от производительности Г1К. Из Таблицы 1 видно, что для Pentium IV (3 ГГц, 512 Мб) ncymin~40 085 неизвестных, а для более слабого ПК Celeron (1.8 ГГц, 96 Мб) ПСУгпт~7 840 неизвестных.

ООО ООО ООО ООО СО 43- Ю

Число неизвестных

Рис. 9. Графики зависимости времени расчёта от числа неизвестных с расиапаллеливанием вычислений и без

Из графика на Рис. 10 видно, что чем больше размерность задачи (число неизвестных), тем выше эффект от распараллеливания.

. 95 х 90

586

£ 80 1 75 & 70 g 65 5 60 I 55 8 50

CL

45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

i

Г

\ /

Celeron /

\ /

— —

/ PI V

\

1 f \ 1

/

if

✓

гС —

о -1— 1 —

оооооооооо ооооооооо

оооооооооооооо

ОООООО — — _ ~ —. ___

C\J СО ^Т 1Л со

оооооооооооооооооо оооо оооооооооооооо

о

о _

1ГЗ fXl

оооооооооооооо — ооооооооооооо

юфосмспчтокюта T-^MtNNNNCNNMCMCMtO

Число неизвестных

Рис. 10. Выигрыш в продолжительности вычислений при распараллеливании вычислительного процесса в минутах в зависимости от числа неизвестных для компьютеров различной

производительности

Разница в расчётах (перемещения в узлах) для рассматриваемых методов не превышала 3,6% (при размере конструкции 284 тыс. неизвестных). А проигрыш стандартного метода расчёта по сравнению с предложенным по объёму дискового пространства составляет 245%.

Кроме того, использование предложенной методики распараллеливания позволяет не только значительно сократить вычислительные ресурсы, но и решить задачу, которую невозможно решить только средствами Лиры по причине заложенных в ней ограничений на размерность модели.

В заключение сделаны выводы и перечислены основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Анализ современного состояния проблемы проектирования строительных объектов показал, что в настоящее время имеет место тенденция перехода от поэлементного расчёта сооружения к глобальному расчёту,

воспринимающему строительный объект как единую систему вместе со средой его взаимодействия.

2. Реализация указанного подхода требует существенного расширения функциональных возможностей современных сертифицированных Госстроем РФ программных средств.

3. Для проектирования статически неопределимых конструкций с большим числом узлов, оставаясь в рамках сертифицированных программных продуктов, предлагается метод искусственного разделения системы (ИРС) на подконструкции, позволяющий применить параллельные технологии в организации вычислительного процесса и обеспечивающий в конечном итоге расчёт системы как единого целого.

4. Разработан аппаратно-программный комплекс (АПК), обеспечивающий расчёт статически неопределимых систем методом ИРС в варианте разделения конструкции на две подконструкции.

5. Исследование возможностей АПК показало, что его применение целесообразно для решения задач большой размерности. Собственных ограничений по размеру решаемых задач АПК не имеет. Однако есть ограничения, связанные с возможностями базового программного средства и аппаратными ресурсами компьютеров, на базе которых строится кластер.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кислицын, Д.И. Расчёт конструкций с применением локальной сети на примере многопролётной неразрезной балки [Текст]/ Кислицын Д.И.// Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. - Н. Новгород: Нижегород. гос. архитектур.- строит, ун-т, 2003. - С.125-129.

2. Кислицын, Д.И. Распараллеливание вычислительных процессов при расчёте конструкций на примере многопролётной неразрезной балки [Текст]/ Кислицын Д.И. // Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. - Н. Новгород: Нижегород. гос. архитектур,- строит, ун-т, 2004. - С. 188191.

3. Кислицын, Д.И. Распараллеливание вычислительных процессов при расчёте конструкций на примере многопролётной неразрезной балки [Текст]/ Кислицын Д.И// Архитектура и строительство: Тез. докл. науч.-техн. конф. проф.-преп. состава, докторантов, аспирантов, магистрантов и студентов/ Нижегород. гос. архитектур.- строит, ун-т. - Н.Новгород, 2004. - Ч. 1. - С.79-82.

4. Кислицын, Д.И. Повышение эффективности расчёта сложных конструкций путём распараллеливания вычислений [Текст]/ Кислицын Д.И //

Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. - Н. Новгород: Нижегород. гос. архитектур,- строит, ун-т, 2005. - С.190-195.

5. Кислицын, Д.И. О производительности компьютеров при решении задач строительной механики на пк «лира - windows» [Текст]/ Кислицын Д.И // Информационная среда вуза: Материалы XII Междунар. науч.-технич. конф. -Иваново: Иван. гос. архит.-строит. Академия, 2005. - С.721-724.

6. Кислицын, Д.И. Повышение эффективности расчёта сложных конструкций путём распараллеливания вычислений [Текст]/ Кислицын Д.И// Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. - Н. Новгород: Нижегород. гос. архитектур,- строит, ун-т, 2005. - С.190-195.

7. Кислицын, Д.И. Распараллеливание вычислительных расчётов строительных конструкций на персональных компьютерах [Текст]/ Супрун А.Н., Кислицын Д.И//Известия ВУЗов. Строительство - №5. Новосибирск: ОАО "Новосибирский полиграфкомбинат", 2006. - С.116-120.

8. Кислицын, Д.И. Выбор расчётного комплекса для работы в качестве субпрограммы при решении задач строительной механики [Текст]/ Кислицын Д.И// Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. - Н. Новгород: Нижегород. гос. архитектур.- строит, ун-т, 2006. - С.216-219.

9. Кислицын, Д.И. О повышении эффективности расчётов строительных конструкций на ПК за счёт распараллеливания вычислительных процессов [Текст]/ Кислицын Д.И//11-Я Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки: Тезисы докладов.-Н.Новгород: Изд. Гладкова О.В., 2006. -С.69-70.

10. Кислицын, Д.И. Информационные технологии как средства решения актуальных проблем современного строительства [Текст]/ Супрун А.Н., Павлов Г.Н., Кислицын Д.И., Ткаченко А.К., Васильева О.Ю. //V-я Межрегиональная научно-практическая конференция. Новые информационные технологии -инструмент повышения эффекитивности управления .-Н.Новгород: Изд. ООО "Растр-НН", 2006. - С. 155.

11. Кислицын, Д.И. Некоторые сравнительные данные об эффективности расчетных комплексов SCAD и LIRA [Текст]/ Кислицын Д.И.// Информационная среда вуза: Материалы XIII Междунар. науч.-технич. конф. - Иваново: Иван. гос. архит.-строит. академия, 2006. -С.175-180.

Подписано к печати^!<%Й007г. Формат 60 х 90 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная Объём 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ __

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 603950,

Н.Новгород, Ильинская, 65._

Полиграфцентр ННГАСУ, 603950, Н.Новгород, Ильинская, 65.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ.

1.1. ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СРЕДСТВА ИХ АВТОМАТИЗАЦИИ.

1.2. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.

1.2.1. Общие сведения.

1.2.2. Классификация параллельных компьютеров и систем.

1.2.2.1. Параллельная обработка.

1.2.2.2. Конвейерная обработка.

1.3. КЛАСТЕР.

1.4. ПРОБЛЕМЫ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ.

1.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЕ ВЫЧИСЛЕНИЙ ПУТЁМ

РАЗДЕЛЕНИЯ НА ПОДКОНСТРУКЦИИ.

2.1. РАЗДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ НА ПОДКОНСТРУКЦИИ.

2.2. АЛГОРИТМ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ.

2.3. ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ.

3.1. О ВЫБОРЕ БАЗОВОГО ПРОГРАММНОГО СРЕДСТВА (ПС).

3.2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО СРЕДСТВА ДЛЯ РАСЧЁТА СЛОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПУТЁМ РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ

ВЫЧИСЛЕНИЙ.

3.3. ПРИМЕРЫ РАСЧЁТА.

3.3.1. Расчёт плоской стержневой конструкции с одним общим узлом.

3.3.2. Расчёт плоской стержневой конструкции с двумя общими узлами.

3.3.3. Расчёт пространственной стержневой конструкции.

3.4. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

Строительные сооружения являются объектами длительного пользования и в процессе эксплуатации могут подвергаться разнообразным внешним воздействиям, в том числе не предусмотренными первоначальным проектом. Это может быть реконструкция существующих зданий, пристраивание или встраивание новых зданий в существующую застройку и т.п.

На современном этапе в строительном проектировании происходит переход от основополагающего критерия несущей способности конструкций к критерию безопасности зданий и сооружении, что, помимо прочностного анализа и оценки надежности, предполагает прогнозирование поведения строительного объекта в аварийных ситуациях при частичной потере несущей способности (т.е. оценку живучести). Связано это с участившимися авариями строительных объектов, вызванными чаще всего непроектными воздействиями [4, 16 - 19]. Для объективной оценки состояния сооружения становится актуальным производить расчёт всей конструкции (строящегося объекта) как единой системы. Такая постановка задачи требует от вычислительного устройства больших аппаратных и временных ресурсов.

Такими ресурсами располагают современные суперЭВМ, которыми, к сожалению, обычно не располагают проектные организации. Эти системы настолько сильно отличаются по своему устройству от привычных персональных компьютеров и рабочих станций, что требуют для своего эффективного использования принципиально новой программной, математической и даже организационной среды. Для них разрабатываются дорогостоящие программные вычислительные комплексы, поддерживающие технологию распараллеливания вычислительного процесса (MSC.NASTR.AN, АВАрШ, LS-DYNA и др.). Кроме того, наблюдается и нехватка специалистов в области параллельных вычислений, которых в настоящее время в основной своей массе вузы не готовят.

В проектных организации строительного профиля России, как правило, используются персональные компьютеры (ПК) и сертифицированные Госстроем РФ программные комплексы (Lira, SCAD и др.), не поддерживающие распараллеливание и поэтому имеющие существенные ограничения на параметры, характеризующие степень сложности статически неопределимой системы.

Кроме того, расчёт конструкции с большим числом элементов на одном персональном компьютере не гарантирует получение достаточно точного результата в связи с накоплением при численном решении систем уравнений ошибок, возрастающих при увеличении числа неизвестных.

Всё это свидетельствует о том, что в настоящее время решение проблемы создания достаточно простых вычислительных комплексов на базе имеющихся в организации офисных ПК и стандартных программных средств, прошедших сертификацию в Госстрое РФ, является особенно актуальной.

Целью диссертационной работы является разработка научных и методических принципов построения высокопроизводительных вычислительных комплексов в виде кластерной системы на базе ПК-ов и сертифицированных Госстроем программных продуктов для автоматизации проектирования строительных конструкций.

Методы исследования. В работе использовались теоретические и методологические основы построения автоматизированных систем проектирования, методы строительной механики и вычислительной математики.

Научная новизна состоит в разработке: - метода искусственного разделения системы (ИРС) на подконструкции, позволяющего применять параллельные технологии в организации вычислительного процесса и обеспечивающего в конечном итоге расчёт системы как единого целого на базе сертифицированных Госстроем РФ программных продуктов;

- теоретических основ построения высокопроизводительного аппаратно-программного комплекса, обеспечивающего проектирование строительных конструкций в локальных компьютерных сетях доступными для строительных организаций вычислительными средствами.

Теоретическая и практическая ценность. В диссертации предложен метод и создан на его основе программный продукт, позволяющий существенно сократить аппаратно-временные ресурсы, затрачиваемые проектными организациями на выполнение расчётов зданий и сооружений, а также расширить возможности существующих в организации расчётных программных средств.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались:

- на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов, магистрантов и студентов (г. Н. Новгород, ННГАСУ, март 2004г.);

- на 11-й Нижегородской сессии молодых ученых. Технические науки (февраль 2006г.);

- на У-й Межрегиональной научно-практической конференции. Новые информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления (г. Н.Новгород, май 2006г.);

- на научном семинаре в Варшавском политехническом университете (г.Варшава, Польша, декабрь 2006г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ [20 - 29], в том числе 1 в рекомендованном ВАКом журнале «Известия ВУЗов. Строительство».

Структура и объём работы. Работа состоит из введения, трёх глав, выводов, списка литературы и приложений общим объёмом 168 страниц, в том числе 98 страниц основного текста, 39 рисунок, 13 таблиц. Список использованных литературных источников включает в себя 93 позиции.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Анализ современного состояния проблемы проектирования строительных объектов показал, что в настоящее время имеет место тенденция перехода от поэлементного расчёта сооружения к глобальному расчёту, воспринимающему строительный объект как единую систему вместе со средой его взаимодействия.

2. Реализация указанного подхода требует существенного расширения функциональных возможностей современных сертифицированных Госстроем РФ программных средств.

3. Для проектирования статически неопределимых конструкций с большим числом узлов, оставаясь в рамках сертифицированных программных продуктов, предлагается метод искусственного разделения системы (ИРС) на подконструкции, позволяющий применить параллельные технологии в организации вычислительного процесса и обеспечивающий в конечном итоге расчёт системы как единого целого.

4. Разработан аппаратно-программный комплекс (АПК), обеспечивающий расчёт статически неопределимых систем методом ИРС в варианте разделения конструкции на две подконструкции.

5. Исследование возможностей АПК показало, что его применение целесообразно для решения задач большой размерности. Собственных ограничений по размеру решаемых задач АПК не имеет. Однако есть ограничения связанные с возможностями базового программного средства и аппаратными ресурсами компьютеров, на базе которых строится кластер.

1. Андреев, А. Н. Кластеры и суперкомпьютеры близнецы или братья? Текст. / А. Н. Андреев, Вл. В. Воеводин, С. А. Жуматий // Открытые системы. - 2000. - № 5 - 6. - С. 9 - 14.

2. Антонов, А. С. Эффективная адаптация последовательных программ для современных векторно-конвейерных и массивно-параллельных супер-ЭВМ Текст. / А. С. Антонов, Вл. В. Воеводин // Программирование. 1996. - № 4. - С. 37 - 51.

3. АРС-ПС Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.csoft.ru/catalog/soflt/version4925.html.

4. Вильдеман, В. Э. Вопросы оценки безопасности повреждённых строительных конструкций Текст. / В. Э. Вильдеман, Г. Г. Кашеварова // Вестн. Урал. гос. техн. ун-т. Сер. «Стр-во и образование». -Екатеринбург, 2005. № 12 (42), вып. 8. - С. 63 - 68.

5. Воеводин, В. В. Параллельные вычисления Текст. / В. В. Воеводин, Вл. В. Воеводин. СПб. : БХВ-Петербург, 2004. - 608 с.

6. Воеводин, Вл. В. Теория и практика исследования параллелизма последовательных программ Текст. / Вл. В. Воеводин // Программирование. 1992. - № 3. - С. 38 - 53.

7. Гидросистема Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.truboprovod.ru/cad/soft/hst.shtml.

8. Головкин, Б. А. Параллельные вычислительные системы Текст. / Б. А. Головкин. -М. : Наука, 1980. 520 с.

9. ГОСТ 27751-88. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету Электронный ресурс. Введ. 01.07.88 ; изм., утв. дек. 1993. - Режим доступа : СЭ "Строительство".

10. Динамический расчет зданий и сооружений Текст.: справ, проектировщика / под ред. Б. Г. Коренева, И. М. Рабиновича.- М. : Стройиздат, 1984. 303 с.

11. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия Текст.: справочник проектировщика / под ред. Б. Г. Коренева, И. М. Рабиновича. М. : Стройиздат, 1981. - 215 с.

12. Жилые и общественные здания Текст.: краткий справ, инженера-конструктора / под ред. Ю. А. Дыховичного. М. : Стройиздат, 1991.

13. Инструкция по расчету несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамические нагрузки Текст. М. : Стройиздат, 1970.

14. Инструментальные средства ArchiCAD для творческой работы на компьютере Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.archicad.ru/products/archicad/.

15. Интегрированная система прочностного анализа и проектирования конструкций Structure CAD Office Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.scadgroup.com.

16. Кашеварова, Г. Г. Применение метода подмоделей и анализ решения при расчёте строительных конструкций Текст. / Г. Г. Кашеварова. // Вестн. Урал. гос. техн. ун-т. Сер. «Стр-во и образование». -Екатеринбург, 2005. № 12 (42), вып. 8. - С. 61 - 63.

17. Кашеварова, Г. Г. Современный подход к расчёту строительных конструкций Текст. / Г. Г. Кашеварова, С. А.Савич, А. А. Аристов, Н. А. Дроздова // Информац. листок. № 904-144 / ЦНТИ. Пермь, 1999.

18. Кашеварова, Г. Г. Численные методы решения задач строительства на ЭВМ Текст. / Г. Г. Кашеварова, Т. Б. Пермякова. Пермь, 2003. - 352 с.

19. Кислицын, Д.И. Выбор расчётного комплекса для работы в качестве субпрограммы при решении задач строительной механики Текст./

20. Кислицын Д. И// Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. Н. Новгород: Нижегород. гос. архитектур.-строит. ун-т, 2006. - С.216-219.

21. Кислицын, Д.И. Распараллеливание вычислительных процессов при расчёте конструкций на примере многопролётной неразрезной балки

22. Текст./ Кислицын Д.И. // Сборник трудов аспирантов и магистрантов. Технические науки. Н. Новгород: Нижегород. гос. архитектур.-строит, ун-т, 2004. - С. 188-191.

23. Кислицын, Д.И. Распараллеливание вычислительных расчётов строительных конструкций на персональных компьютерах Текст./ Супрун А.Н., Кислицын Д.И//Известия ВУЗов. Строительство №5. Новосибирск: ОАО "Новосибирский полиграфкомбинат", 2006. -С.116-120.

24. Лебедев, С. А. Электронно-вычислительные машины Текст. / С. А. Лебедев // Сес. АН СССР по науч. проблемам автоматизации пр-ва. Пленар. заседания. М. : АН СССР. - 1957. - Т. 1. - С. 162 - 180.

25. Лира Софт Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.lira.com.ua/rus/products/index.php71ira.

26. Маэстро-С 4.3 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cad.kz/?post=99&id=91 &sort=3.

27. Методические рекомендации по использованию возможностей вычислительного комплекса "ЛИРА" при описании и решении задач Текст. К. : НИИАСС Госстроя УССР, 1988. - 1 12 с.

28. Методические рекомендации по применению вычислительного комплекса "Лира" для автоматизированного проектирования строительных конструкций Текст. К. : НИИАСС Госстроя УССР, 1984.-24 с.

29. Металлические конструкции Текст.: справ, проектировщика. М. : Стройиздат, 1980.

30. Мультипроцессорные системы и параллельные вычисления Текст. / под ред. Ф. Г. Энслоу. М. : Мир, 1976. - 384 с.

31. Магистрали для кластеров: гонки на выживание Текст. // PC WEEK/RE. 2006.-№ 10.-С. 30-31.

32. Массивно-параллельные системы (МРР) Электронный ресурс. -Режим доступа: http://www.parallel.ru.

33. Параллельные компьютеры с распределенной памятью Электронный ресурс. Режим доступа: http://www. Computerworld.ru/1999/22/.

34. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры Текст. М. : ЦНИИСК, 1984.

35. Предклапан Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.truboprovod.ru/cad/soft/pk.shtml.

36. Программный клиент-серверный комплекс сметных программ "Smeta.RU" Электронный ресурс. Режим доступа: http://www. smeta.ru/static.php?sectid= 1 &pageid= 14.

37. Программный клиент-серверный комплекс "ВаЬуСмета" Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.smeta.ru/static.php7sectidH &pageid=761.

38. Программный комплекс "МИРАЖ" для расчета конструкций на ПК. Инструкция пользователя Текст. К. : НИИАСС, 1995. -420 с.

39. Программный комплекс "Гектор-строитель" Электронный ресурс. -Режим доступа: http://www.mengir.ru/rezl.html.

40. Проект ASCI Электронный ресурс. Режим доступа: http://skif.pereslavl.ru/~csa/kursl/ASCI/ASCIdoc.html.

41. Ресурсная смета Электронный ресурс. Режим доступа: http://normasoft.chat.ru/smeta/ressmeta.htm.

42. Руководство по сбору, обработке и использованию инженерно-сейсмической информации Текст. М., 1980.

43. Серия CRAY ТЗЕ Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.csa.ru/skif/kursl/Company/Cray/craydoc.htm.

44. Симметричные мультипроцессорные системы SMP Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2003/fvti/remizov/book/method/page0 4-2.html.

45. Системы с конвейерной обработкой информации Электронный ресурс. Режим доступа: http://256bit.ru/education/infor2/lecture2-l.html.

46. Список 500 самых мощных компьютеров мира Тор500 Электронный ресурс. - Режим доступа: www.top500.org.

47. Старт Электронный ресурс. Режим доступа: http ://www. autograph. ru/cad/ start.htm.

48. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения Электронный ресурс. : СНиП 5201-2003 : утв. Госстроем России 30.06.03 : взамен СНиП 2.03.01-84 : дата введ. 01.03.04. Режим доступа : CD "Строительство".

49. Строительные нормы и правила. Деревянные конструкции : СНиП П-25-80 : утв. Госстроем СССР 18.12.80 : взамен СНиП II-B.4-71 : дата введ. 01.01.82 / Минстрой России. Изд. офиц. - М. : ГП ЦППД999. -30 с. : ил.

50. Строительные нормы и правила. Каменные и армокаменные конструкции : СНиП П-22-81 : изм., утв. 11.09.85, 29.05.03 : утв. Госстроем СССР 31.12.81 : взамен СНиП II-B.2-71 : дата введ. 01.01.83 /Минстрой России. Изд. офиц. - М. : ГП ЦПП, 1995. -41 с. : ил.

51. Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздействия : СНиП 2.01.07-85* : утв. Госстроем СССР 29.08.85 : взамен СНиП II-6-74 : дата введ. 01.01.87. Изд. Офиц. - М. : ГУП ЦПП, 1999. - 44 с.

52. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений : СНиП 2.02.01-83* : изм., утв. 09.12.85, 01.07.87 : утв. Госстроем СССР 05.12.83 : взамен СНиП И-15-74, СН 475-75 : дата введ. 01.01.85. М. : ФГУП ЦПП, 2005. - 49 с.: ил.

53. Структура суперскалярного процессора Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.wl.unn.ru/~ragozin/plan/ss.html.

54. Типовые железобетонные конструкции зданий и сооружений для промышленного строительства: справочник проектировщика Текст. -М. : Стройиздат, 1981.

55. Эффективные кластерные решения Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.rubatech.ru/book/print/366.

56. Allplan Архитектура Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.softstore.ru/catalog/products/2145.htrnl.

57. ANSYS Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cadfem.ru.

58. AutoCAD 2007 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.autocad.ru/catalog/version17163.html.

59. Autodesk Architectural Desktop 2007 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.autocad.ru/catalog/versionl 7024.html.

60. Autodesk Building Systems Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.autocad.ru/catalog/software8.html.

61. Autodesk Civil Design Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.autocad.ru/catalog/version10109.html.

62. Autodesk Land Desktop 2005 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.autocad.ru/catalog/version9942.html.

63. AutomatiCS ADT — современная автоматизированная система проектирования систем контроля и управления (СКУ, АСУ ТП, КИПиА) Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cadgroup.ru/product/19/.

64. ElectriCA Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.avtonim.ru/soft/csoft/electrica.html.

65. ElectriCS ADT Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.avtonim.ru/soft/csoft/electricsadt.html.

66. EnergyCS 3.3 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cadgroup.ru/product/27/.

67. GeoniCS Топоплан-Рельеф-Генплан Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.autocad.ru/application/version3230.html.

68. Kesselman, С. The Grid: blueprint for a new computing infrastructure Текст. /С. Kesselman, I. Eds. Foster//Morgan Kaufmann, 1999.

69. Kung, H. T. Why systolic architecture? Текст. / H. T. Kung // Computer-1982.-№ 1.-P. 37-46.

70. MSC.Nastran расчет и оптимизация конструкций Электронный ресурс. - Режим доступа: http://www.mscsoftware.ru/index.php?d=products&p=mscnastran.

71. Myricom Pioneering Higher Performance Computing Электронный ресурс. - Режим доступа: http://www.myricom.com.

72. Non-Uniform Memory Architecture (NUMA): исследование подсистемы памяти двухпроцессорных платформ AMD Opteron с помощью RightMark Memory Analyzer http://www.ixbt.com/cpu/rmma-numa.shtml.

73. Plant-4D Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.plant4d.ru/plant-4d/.

74. Plateia 2006 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.autocad.ru/application/version18415.html.

75. Project Studio CS Архитектура Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cad.kz/?post=97&id=183&sort=2.

76. Project Studio CS Электрика Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cstrade.ru/products/detail.php?ID=1066.

77. Real Steel Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.cadgroup.ru/product/89/.

78. Staad Pro Электронный ресурс. Режим доступа: http://csoft.yaroslavl.ru/soft/stroy/staadpro.htm.

79. StruCad 11 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.strucad.ru/soft/version20440.html.

80. SurvCADD 2000 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.autocad.ru/application/version877.html.

81. TDMS 2.0 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.autocad.ru/application/version10006.html.

82. VLIW: старая архитектура нового поколения Электронный ресурс. -Режим доступа: http://www.ixbt.com/cpu/vliw.shtml.

83. Win АВеРС 3 Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.winavers.ru/page.html?t=2.02.