王小庆， 金先龙， 王建炜

(1.上海交通大学 机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240； 2.上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240)

土体-结构非线性耦合系统动力响应并行计算方法研究

王小庆1,2， 金先龙1,2， 王建炜2

(1.上海交通大学 机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240； 2.上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240)

针对土体-结构非线性耦合(Soil-Structure Interaction，SSI)系统动力响应数值模拟带来的大规模计算量问题，提出基于SSI负载均衡及对偶图理论两种区域分解算法的并行计算方法。结合传统的贪婪法及递归坐标对分方法，对这四种方法的并行性能进行研究。SSI采用基于对称罚函数的方法处理，系统方程采用显式中心差分有限元方法求解。对典型的SSI工程问题动力响应进行并行数值模拟，并对这四种方法的可扩展性进行分析。结果表明：基于SSI负载均衡的并行计算方法，充分考虑土体和结构耦合负载的均衡，并行效率最优，基于对偶图理论区域分解的方法和递归坐标对分方法效率次之，贪婪法并行效率最低；随核数增加，并行效率下降，需根据实际模型规模合理选择并行计算核数，获得最优的并行计算效益；基于罚函数的显式有限元方法能够较好的解决SSI动力响应问题。

结构-土体非线性耦合；区域分解；并行计算；动力响应；显式有限元；对称罚函数法

土体-结构耦合(Soil-Structure Interaction，SSI)问题广泛存在于各种工程系统中，如土体-隧道、列车-隧道-土体、土体-高层建筑、土体-桥梁、土体-核岛等耦合系统，因而得到学者的广泛研究[1-4]。……