In this paper, FETI(Finite Element Tearing and Interconnecting) method is introduced in order to improve numerical efficiency of Staggered method. The porous media theory, the Staggered method and the FETI method are briefly introduced in this paper. In addition, we account for the MPI(Message Passing Interface) library for parallel analysis, and the proposed combined Staggered method with FETI method. Finally Lagrange multipliers and CG(Conjugate Gradient) algorithm to solve decomposed domain are proposed, and then the proposed method is verified to be numerically efficient by MPI library.
KIM, SEIL;JOO, HYUNSHIG;CHO, HAESEONG;SHIN, SANGJOON
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제21권3호
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pp.125-142
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2017
In this paper, development of the three-dimensional structural analysis is performed by applying FETI-local method. In the FETI-local method, the penalty term is added as a preconditioner. The OPT-DKT shell element is used in the present structural analysis. Newmark-${\beta}$ method is employed to conduct the dynamic analysis. The three-dimensional FETI-local static structural analysis is conducted. The contour and the displacement of the results are compared following the different number of sub-domains. The computational time and memory usage are compared with respect to the number of CPUs used. The three-dimensional dynamic structural analysis is conducted while applying FETI-local method. The present results show appropriate scalability in terms of the computational time and memory usage. It is expected to improve the computational efficiency by combining the advantages of the original FETI method, i.e., FETI-mixed using the mixed local-global Lagrange multiplier.
본 논문에서는 대규모 구조해석을 위하여 국부(local) 및 전역-국부 혼합(mixed) Lagrange 승수(Lagrange multiplier)를 이용한 새로운 유한요소 영역분할 기법을 제시한다. 제시되는 FETI 알고리즘은 계산 효율성을 향상시키기 위하여 기존의 FETI 기법들에서 사용되어 온 전통적인 Lagrange 승수법과는 달리, 국부 및 전역-국부 혼합 Lagrange 승수를 도입하고 ALF(Augmented Lagrangian Formulation)과의 결합을 유도하여 공유면 문제(interface problem)의 해의 수렴성을 향상 시켰다. 추가적으로, 몇 가지 수치예제 계산을 통해 기존의 FETI-DP 기법과 비교하여 유연도 행렬의 조건수, 계산 시간 그리고 메모리 사용량에 대한 계산결과를 제시하였다.
일반적인 포화된 다공질 매체의 수치해석에서는 거시적 관점의 고체변형과 유체이동을 동시에 고려한 혼합유한요소방법(Mixed Finite Element Method)이 쓰인다. 그러나 고체변형이 거의 없는 상태에서 유체가 이동할 경우, 또는 고체변형과 유체유동이 거의 없고 외력에 의한 간극압만 존재할 경우 이를 혼합유한 요소방법으로 해석하기에는 요소 잠김(Element Locking)현상 때문에 매우 불안정하다. 본 논문에서 Park과 Tak(2010)이 제안한 비압축성, 비투과성 포화 다공질 매체의 해석기법인 Staggered Method를 소개하고 수치적 효율성을 높이기 위해 요소분할기술 중 하나인 FETI(Finite Element Tearing and Interconnecting) 기법의 접목을 제안하고자 한다.
A dual substructuring method with a penalty term was introduced in the previous works by the authors, which is a variant of the FETI-DP method. The proposed method imposes the continuity not only by using Lagrange multipliers but also by adding a penalty term which consists of a positive penalty parameter ${\eta}$ and a measure of the jump across the interface. Due to the penalty term, the proposed iterative method has a better convergence property than the standard FETI-DP method in the sense that the condition number of the resulting dual problem is bounded by a constant independent of the subdomain size and the mesh size. In this paper, a further study for a dual iterative substructuring method with a penalty term is discussed in terms of its convergence analysis. We provide an improved estimate of the condition number which shows the relationship between the condition number and ${\eta}$ as well as a close spectral connection of the proposed method with the FETI-DP method. As a result, a choice of a moderately small penalty parameter is guaranteed.
본 논문은 직접해법 기반 FETI 알고리즘의 개선 방안을 제시하였다. 개선 대상은 FETI-local로, 해당 알고리즘은 국부 Lagrange 승수를 통해 부영역 간 경계 문제를 정의한다. 부영역 경계 강성 및 하중 계산 단계의 경우, 전체 역행렬 계산 등 과도한 비용을 요구했던 기존 알고리즘을 Boolean 행렬 특성을 활용한 선택적 역행렬 성분 계산으로 개선하였다. 전역 경계 행렬식 계산 단계의 경우, 기존 단일 프로세서 연산을 다중 프론탈 기법 기반 병렬 연산으로 대체하였다. 제시된 FETI-local 알고리즘의 성능 개선은 64만 자유도 수치 예제를 통해 검증되었으며, 기존 대비 최대 97.8%의 계산 시간 감소가 달성되었다. 또한, 기존 대비 안정적이고 개선된 확장성이 가속 지표를 통해 확인되었다. 추가로, 432만 자유도의 대용량 계산 성능 비교가 제시된 알고리즘과 상용 프로그램인 ANSYS 간에 수행되었다. 그 결과, 계산 시간 측면에선 ANSYS가 우수하였으나, 프로세서 수에 따른 가속 성능 증가율 측면에선 제시된 알고리즘이 우수한 것이 확인되었다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제9권2호
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pp.79-86
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2008
High performance direct-iterative hybrid linear solver for large scale finite element problem is developed. Direct solution method is robust but difficult to parallelize, whereas iterative solution method is opposite for direct method. Therefore, combining two solution methods is desired to get both high performance parallel efficiency and numerical robustness for large scale structural analysis problems. Hybrid method mentioned in this paper is based on FETI-DP (Finite Element Tearing and Interconnecting-Dual Primal method) which has good parallel scalability and efficiency. It is suitable for fourth and second order finite element elliptic problems including structural analysis problems. We are using the hybrid concept of theses two solution method categories, combining the multifrontal solver into FETI-DP based iterative solver. Hybrid solver is implemented for our general structural analysis code, IPSAP.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제24권2호
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pp.199-214
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2020
This paper describes the development of a parallel computational algorithm based on the finite element tearing and interconnecting (FETI) method that uses a local Lagrange multiplier. In this approach, structural computational domain is decomposed into non-overlapping sub-domains using local Lagrange multiplier. The local Lagrange multipliers are imposed at interconnecting nodes. 8-node solid element using extra shape function is adopted by using the representative volume element (RVE). The parallel computational algorithm is further established based on message passing interface (MPI). Finally, the present FETI-local approach is implemented on parallel hardware and shows improved performance.
In this corrigendum, we offer a correction to [J. Korean Math. Soc. 54 (2017), No. 2, 461-477]. We construct a counterexample for the strengthened Cauchy-Schwarz inequality used in the original paper. In addition, we provide a new proof for Lemma 5 of the original paper, an estimate for the extremal eigenvalues of the standard unpreconditioned FETI-DP dual operator.
In this paper, we propose an iterative method for a symmetric interior penalty Galerkin method for heterogeneous elliptic problems. The iterative method consists mainly of two parts based on a non-overlapping domain decomposition approach. One is an intermediate preconditioner constructed by understanding the properties of the discontinuous finite element functions and the other is a preconditioning related to the dual-primal finite element tearing and interconnecting (FETI-DP) methodology. Numerical results for the proposed method are presented, which demonstrate the performance of the iterative method in terms of various parameters associated with the elliptic model problem, the finite element discretization, and non-overlapping subdomain decomposition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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