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平成26年度システム創成学科システムデザイン&マネージメントコース
ハイパフォーマンスコンピューティング(4年夏)
金曜 3, 4限  工学部 3号館34号講義室 
担当教員 奥田洋司


連絡事項

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  • 節電のため7/26(最終レポートの締切後)からtcをシャットダウンします。それに先立ち、アカウントも消去しますので、各自バックアップを取っておくこと。 -- 奥田洋司? 2014-07-11 (金) 12:50:40
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講義概要

講義の目的

連続体問題を記述する偏微分方程式をコンピュータで解くための理論、並列プログラミング、クラスタコンピュータ利用技術を身につける。具体的には、ポアソン問題と弾性構造問題を対象とし、コンピュータ内に表現するための離散化近似解法としては有限要素法を用いる。また、大規模高速計算を実施するために、 MPIを用いたメッセージパッシングによる並列シミュレーションを実施する。講義と演習を適宜組み合わせて実施する。本講義を履修することにより、連続体力学のコンピュータ・シミュレーション、および、今後のコンピュータ環境では必須となる並列解析の実際についての知識とスキルを身に付けることができる。

開講予定

4/4, 4/11(橋本学先生), 4/18(橋本学先生), 4/25(15:00まで)
5/2, 5/9, 5/16(五月祭前日のため全講義休止), 5/23, 5/30(橋本学先生)
6/6, 6/13(休講),6/20(15:00まで), 6/27
7/4, 7/11(橋本学先生),7/18(予備日)

受講にあたっての注意

  • ノートPC必携です
  • 無線LANの接続ができるようにしておいてください
  • メールおよびWEBでの連絡に注意してください

講義資料

以下の資料・ソフトウェアのダウンロードにはパスワードが必要です. 受講者向けメーリングリストと授業でお伝えします.

第1回配布・参照資料(4/4)

第4回配布・参照資料(4/25)

第7回配布・参照資料(5/23)

第10回配布・参照資料(6/20)

第11回配布・参照資料(6/27)

第n回配布資料()

経過

第1回(4月4日):導入、各種準備

  • ガイダンス

第2回(4月11日):連続体力学(1)

  • テンソルとは
    • 総和の規約,ベクトルの演算,e-δ恒等式
    • テンソルの分類,テンソルの演算,3個のベクトル積
    • 恒等テンソル,対称テンソルと非対称テンソル,直交テンソル,テンソルの固有値と固有ベクトル
    • ナブラによる演算
  • 連続体とは
    • 連続体力学の体系,連続体の定義
    • 物質点,物体,配置とは
    • Euler表示とLagrange表示,物質時間微分

第3回(4月18日):連続体力学(2)

  • 変形・ひずみ
    • 変形こう配テンソルの定義と極分解
    • ひずみの定義
    • 速度こう配テンソル,変形速度テンソルとスピンテンソル
  • 応力
    • Cauchy応力テンソル,第1Piola-Kirchhoff応力テンソル,第2Piola-Kirchhoff応力テンソル
  • 保存則
    • 質量保存則,運動量保存則,角運動量保存則
  • 弾性体の式,流体の式
    • 弾性,粘性,塑性とは
    • 弾性体の式 (Navierの式),粘性流体の式 (Navier-Stokes方程式)

第4回(4月25日):CAE、形状モデリング

  • 計算力学イントロ
    • 連続体問題の厳密解、離散化と近似解・数値解
    • 有限要素法イントロ
  • CAE(Computer Aided Engineering)
    • CAEとは
    • 形状モデリング
  • SketchUP(リンク)
    • インストール
    • STL形式出力のためのプラグイン
    • 操作方法の習得
    • レポート課題(リンク)

第5回(5月2日):形状モデリングとFEMプレポスト

  • 講義の進捗内容と全体スケジュール
  • SketchUP
    • 形状モデル作成(寸法指定、Boolean操作、STL出力)
  • REVOCAP_PrePost
    • インストール
    • 機能概要
    • 形状表示とメッシュ生成

第6回(5月9日):離散化、FEMの実際、計算機環境の準備

  • ポアソン問題の定式化
    • 支配方程式
    • 近似解法の考え方、差分法、有限要素法
  • FEMの実際
    • REVOCAP_PrePostによるデータ作成
    • FrontISTRの実行
    • REVOCAP_PrePostに結果表示
  • 計算機環境の準備
    • 端末ソフト、ファイル転送ソフト
    • tcへのログイン

第7回(5月23日):離散化、FEM実習、計算機利用入門

  • ポアソン問題の定式化(続き) 全体化の手続きについて、より詳しくは配布・参考資料を参照
    • 1次元の有限要素法
    • 2次元の有限要素法
  • FEMの実際(続き)
    • チュートリアル
    • REVOCAP_PrePostによるデータ作成
    • FrontISTRの実行
    • REVOCAP_PrePostに結果表示
  • tcでの計算
    • サンプルプログラム(hello_world、円周率)
    • サンプルプログラムの実行(--->時間切れ)

第8回(5月30日):MPIを用いた並列プログラム

  • MPIとは
  • サンプルプログラム(hello_world、pi)

第9回(6月6日):tcにおけるMPIプログラムの実行

  • コンパイル
  • シェルスクリプト
  • 並列実行(mpirun、マシンファイル)
  • hello_world、pi

第10回(6月20日):1プロセッサでの有限要素解析

  • 手元のノートPCでのREVOCAP/FrontISTR実行
  • レポート課題提示

第11回(6月27日):領域分割に基づく並列有限要素解析

  • 並列計算の一連の流れ
    • ノートPCでのプレプロセッシング、データ確認
    • tcでの領域分割
    • tcでのFrontISTR並列実行
  • サンプルデータ(conrod)の並列実行
  • レポート課題提示(第4回)

第12回(7月4日):非線形・連成問題の有限要素解析

第13回(7月11日、最終回、アンケート調査):並列有限要素解析の性能評価、産業界におけるHPC、京を用いたHPC

  • 産業応用事例紹介
  • アンケート回収(早川君)
  • レポート課題提示(第5回)

レポート

  • レポート第1回(4/25提示,5/9〆切)
    • 提出されたCADモデル(1)
      1_1.JPG1_2.JPG1_3.JPG
    • 提出されたCADモデル(2) 
      2_1.JPG2_2.JPG
    • 提出されたCADモデル(3) 印刷時、周囲にサポートが生成されています
      3_0.JPG3_1.JPG3_2.JPG 3_3.JPG3_4.JPG
  • 印刷に用いた3Dプリンタ
    cube.jpgcube2.jpg


  • レポート第2回(5/23提示,5/30〆切)
  • レポート第3回(6/20提示,6/27〆切,内容は板書しました)

    #ref(): File not found: "HPC第3回レポート140620.pdf" at page "H26夏HPC"

  • レポート第4回(6/27提示,7/4〆切,内容は板書しました)

    #ref(): File not found: "HPC第4回レポート140627.pdf" at page "H26夏HPC"

  • レポート第5回(7/11提示,7/25〆切)

ユーティリティ

参考

ハードウェア環境

PCクラスタ TC

Q&A

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  • 節電のため7/26(最終レポートの締切後)からtcをシャットダウンします。それに先立ち、アカウントも消去しますので、各自バックアップを取っておくこと。 -- 奥田洋司? 2014-07-11 (金) 12:50:40
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連絡先

東京大学大学院 人間環境学専攻
工学部システム創成学科 システムデザイン&マネージメントコース
奥田洋司
mail: okuda[at]k.u-tokyo.ac.jp
TA: 井原遊
mail: ihara[at]multi.k.u-tokyo.ac.jp
[at]を@に変えてください

添付ファイル: fileHPC第5回レポート140711.pdf 420件 [詳細] fileparallel_efficiency140627.pdf 441件 [詳細] filepreparation140627.pdf 403件 [詳細] filehands_on_flow140627.pdf 502件 [詳細] fileconrod140627.pdf 489件 [詳細] fileanalysis_flow_files140627.pdf 460件 [詳細] fileamdahl140627.pdf 404件 [詳細] filevariables_P130522.pdf 735件 [詳細] fileHPC第2回レポート140523.pdf 445件 [詳細] fileREVOCAP_PrePost_1_6_1_Tutorial_Chap1and2and3and4and7and10.pdf 1018件 [詳細] filecube2.jpg 395件 [詳細] filecube.jpg 386件 [詳細] file3_4.JPG 401件 [詳細] file3_3.JPG 391件 [詳細] file3_2.JPG 401件 [詳細] file3_1.JPG 402件 [詳細] file3_0.JPG 383件 [詳細] file2_2.JPG 391件 [詳細] file2_1.JPG 396件 [詳細] file1_3.JPG 379件 [詳細] file1_2.JPG 385件 [詳細] file1_1.JPG 407件 [詳細] filehomework.pdf 495件 [詳細] filesketchup_lecture.pdf 2524件 [詳細] fileIntroFEM140425.pdf 458件 [詳細] fileIntroCM140425.pdf 465件 [詳細] fileFrontISTR_user_manual_Ver42.pdf 4608件 [詳細] fileFrontISTR_tutorial_guide.pdf 553件 [詳細]

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Last-modified: 2014-07-11 (金) 14:05:13 (2098d)