
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (10): 250338-.doi: 10.12382/bgxb.2025.0338
宁建国*, 高义
收稿日期:2025-05-06
上线日期:2025-11-05
通讯作者:
基金资助:NING Jianguo*, GAO Yi
Received:2025-05-06
Online:2025-11-05
摘要:
针对爆炸场数值模拟中的计算规模大和并行效率低的问题,基于Euler方法提出了一种基于分布式共享内存的并行计算策略。该策略通过构建非一致性内存访问架构的集群系统,并结合消息传递接口以及无限宽带高速网络,对pMMIC-3D程序的并行化策略进行了优化,进而提升了程序的大规模计算能力。通过炸药在空中爆炸问题的仿真算例,测试了并行程序的准确性、加速比、并行效率和计算规模,测试结果表明所提出的并行策略准确有效,并显著降低了通信开销且提高了计算效率。此外,为进一步验证该并行策略在复杂场景下的适用性,选用炸药在混凝土建筑结构内部爆炸算例进行测试并与实验结果进行了对比,计算结果表明,该并行策略具备了处理复杂大规模爆炸场数值模拟的能力,适用于实际工程应用。
宁建国, 高义. 基于Euler方法的爆炸场大规模数值模拟并行计算策略[J]. 兵工学报, 2025, 46(10): 250338-.
NING Jianguo, GAO Yi. A Parallel Computing Strategy for Large-scale Numerical Simulation of Explosion Field Based on the Eulerian Method[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(10): 250338-.
| 算例 | 计算域/cm | 网格步长/cm | 网格数量 |
|---|---|---|---|
| 测试1 | 200×200×1000 | 1.0 | 200×200×1000 |
| 测试2 | 200×200×1000 | 0.78 | 256×256×1282 |
| 测试3 | 200×200×1000 | 0.62 | 323×323×1613 |
表1 不同网格数量的算例对比
Table 1 Comparison of cases with different number of grids
| 算例 | 计算域/cm | 网格步长/cm | 网格数量 |
|---|---|---|---|
| 测试1 | 200×200×1000 | 1.0 | 200×200×1000 |
| 测试2 | 200×200×1000 | 0.78 | 256×256×1282 |
| 测试3 | 200×200×1000 | 0.62 | 323×323×1613 |
| 网格步长 | 分区方式 | 子区域 网格数 | P1峰值/ GPa |
|---|---|---|---|
| 1×1×1 | 100×100×100 | 0.0812 | |
| 3×1×1 | 34×100×100 | 0.0810 | |
| 0.2×0.2×0.2 | 1×3×1 | 100×34×100 | 0.0808 |
| 1×1×4 | 100×100×25 | 0.0801 | |
| 3×4×1 | 34×25×100 | 0.0799 | |
| 4×4×4 | 25×25×25 | 0.0796 | |
| 1×1×1 | 400×400×400 | - | |
| 3×1×1 | 134×400×400 | 0.0811 | |
| 0.05×0.05×0.05 | 1×3×1 | 400×134×400 | 0.0799 |
| 1×1×4 | 400×400×100 | 0.0795 | |
| 3×4×1 | 134×100×400 | 0.0803 | |
| 4×4×4 | 100×100×100 | 0.0806 |
表2 分区测试的算例参数
Table 2 Parameters of the partition testcase
| 网格步长 | 分区方式 | 子区域 网格数 | P1峰值/ GPa |
|---|---|---|---|
| 1×1×1 | 100×100×100 | 0.0812 | |
| 3×1×1 | 34×100×100 | 0.0810 | |
| 0.2×0.2×0.2 | 1×3×1 | 100×34×100 | 0.0808 |
| 1×1×4 | 100×100×25 | 0.0801 | |
| 3×4×1 | 34×25×100 | 0.0799 | |
| 4×4×4 | 25×25×25 | 0.0796 | |
| 1×1×1 | 400×400×400 | - | |
| 3×1×1 | 134×400×400 | 0.0811 | |
| 0.05×0.05×0.05 | 1×3×1 | 400×134×400 | 0.0799 |
| 1×1×4 | 400×400×100 | 0.0795 | |
| 3×4×1 | 134×100×400 | 0.0803 | |
| 4×4×4 | 100×100×100 | 0.0806 |
| 核心数 | 112 | 224 | 336 | 448 | 560 | 672 | 784 | 896 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 规模/亿 | 6.0 | 11.0 | 16.0 | 20.0 | 23.0 | 25.0 | 27.0 | 28.0 |
表3 网格规模上限与核心数的关系
Table 3 Relationship between the upper limit of gridscale and the number of cores
| 核心数 | 112 | 224 | 336 | 448 | 560 | 672 | 784 | 896 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 规模/亿 | 6.0 | 11.0 | 16.0 | 20.0 | 23.0 | 25.0 | 27.0 | 28.0 |
| 密度ρ0/ (g·cm-3) | 爆压PCJ/ GPa | 爆速DCJ/ (m·s-1) | 爆热Qe/ (kJ·g-1) |
|---|---|---|---|
| 1.66 | 21.0 | 6700 | 7.0 |
表4 TNT炸药的参数
Table 4 Parameters of TNT explosive
| 密度ρ0/ (g·cm-3) | 爆压PCJ/ GPa | 爆速DCJ/ (m·s-1) | 爆热Qe/ (kJ·g-1) |
|---|---|---|---|
| 1.66 | 21.0 | 6700 | 7.0 |
| 关键点位置/m | 公式峰值/MPa | 仿真峰值/MPa | 误差/% |
|---|---|---|---|
| 1.2 | 0.188 | 0.165 | 12.2 |
| 1.6 | 0.102 | 0.090 | 11.8 |
| 2.2 | 0.055 | 0.049 | 10.9 |
| 2.4 | 0.047 | 0.042 | 10.6 |
| 2.6 | 0.041 | 0.037 | 9.8 |
表5 仿真和经验公式的超压峰值
Table 5 Peak overpressures of empirical formula and simulation
| 关键点位置/m | 公式峰值/MPa | 仿真峰值/MPa | 误差/% |
|---|---|---|---|
| 1.2 | 0.188 | 0.165 | 12.2 |
| 1.6 | 0.102 | 0.090 | 11.8 |
| 2.2 | 0.055 | 0.049 | 10.9 |
| 2.4 | 0.047 | 0.042 | 10.6 |
| 2.6 | 0.041 | 0.037 | 9.8 |
| 关键点编号 | 试验峰值/MPa | 仿真峰值/MPa | 误差/% |
|---|---|---|---|
| P1 | 0.63 | 0.56 | 11.1 |
| P2 | 1.31 | 1.19 | 9.2 |
表6 试验[28]和仿真的压力峰值
Table 6 Experimental[28] and simulated peak pressures
| 关键点编号 | 试验峰值/MPa | 仿真峰值/MPa | 误差/% |
|---|---|---|---|
| P1 | 0.63 | 0.56 | 11.1 |
| P2 | 1.31 | 1.19 | 9.2 |
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