Paralelización de algoritmo numérico para resolución de problemas en mecánica de sólidos

Abstract

Dentro de los métodos de simulación numérica para resolución de ecuaciones diferenciales parciales (EDP's), los métodos sin malla han sido desarrollados desde hace aproximadamente veinte años. A diferencia del método de elementos finitos, los métodos sin malla no necesitan una malla definida para la construcción de sus funciones de base, las que se crean únicamente por la distribución de los nodos en el dominio. Esta característica hace a este método más atractivo en problemas donde exista distorsión de la malla, sin embargo, requieren un tiempo extra en su cálculo y un esfuerzo mayor en su programación. El presente trabajo tiene por objetivo realizar un algoritmo numérico eficiente mediante programación en paralelo, para la resolución de problemas en la mecánica de sólidos mediante el método sin malla Galerkiano con funciones de base de máxima entropía. La motivación de este trabajo es suplir uno de los principales defectos de los métodos sin malla, ser computacionalmente costosos. Son abordados los antecedentes del método sin malla, elasticidad lineal y la programación en paralelo. Se utiliza el método sin malla Galerkiano basado en la forma débil, con funciones de base de máxima entropía. Se trabaja con el software computacional MATLAB y la librería Parallel Computing Toolbox en la implementación de la programación en paralelo para tres problemas específicos y se analiza el error numérico, convergencia, tiempo de cómputo, e indicadores de desempeño para la programación en paralelo, como lo son Speedup y Eficiencia paralela. Se obtienen errores numéricos aceptables, entregados por las normas relativas L^2 y H^1, obteniendo convergencia en los tres problemas. Los tiempos de cómputo se reducen al implementar la programación paralela en todos los casos. La convergencia del problema es independiente del número de procesadores utilizados. Se obtienen los mejores resultados de Speedup y Eficiencia paralela para problemas por sobre los 5000 grados de libertad. Se recomienda trabajar problemas por sobre esta cifra en la implementación de la programación en paralelo para la resolución de problemas en la mecánica de sólidos mediante el método sin malla Galerkiano. Se cumple objetivo principal, logrando realizar algoritmo numérico mediante programación en paralelo, para la resolución de problemas en la mecánica de sólidos mediante el método sin malla Galerkiano con funciones de base de máxima entropía.