Porovnání efektivních řešičů úloh lineární elasticity

Adam Růžička

Master's thesis

Comparison of Efficient Solvers of Linear Elasticity Problems

Abstract:

Diplomová práce se zabývá matematickou podstatou pokročilých matematických metod (algoritmů) kombinace přímého a iteračního řešení rozsáhlých soustav lineárních algebraických rovnic vznikají-cích diskretizací problémů lineární pružnosti metodou konečných prvků (MKP), vhodných zejména pro efe-ktivní paralelní řešení těchto problémů na superpočítačích. Konkrétně byla práce zaměřena na metodu rozložení problému/oblasti na nepřekrývající se dílčí podoblasti FETI a její jednotlivé varianty. V teoretické části práce byl nejprve stručně proveden teoretický matematický popis rovinné (2D) úlohy lin. pružnosti diskretizované užitím MKP a také definována jednoduchá modelová 2D úloha lin. pružnosti, na níž byla prezentována matematická formulace algoritmů jednotlivých v práci pre-zentovaných variant metody FETI. V další kapitole byly stručně popsány přímé a iterační řešiče sou-stav lineárních rovnic, resp. metody rozkladu matic užívané v algoritmech variant FETI. V další kapi-tole byl na modelové úloze lin. pružnosti matematicky formulován algoritmus variant FETI-1 a TFETI-1, v následné kapitole byly definovány varianty FETI-2 a TFETI-2 jako varianty FETI-1 a TFETI-1 s aplikovanou deflací na metodu CG řešící finální soustavu rovnic a jednotlivé způsoby této deflace, v další byl formulován algoritmus varianty FETI-DP, a v poslední kapitole teoretické části pak algo-ritmus varianty HTFETI-1. V praktické části práce jsou uváděny a srovnávány požadované číselné výstupy z k této části práce prováděných numerickým experimenty na v 1. části práce definované 2D testovací (modelové) úloze lineární pružnosti pro jednotlivé v teoretické části práce prezentované varianty FETI a jejich subvarianty.

Abstract:

Master thesis deals with mathematical background of advanced methods (algorithms) of combina-tion of direct and iterative solution of large systems of linear algebraic equations obtained by dis-cretisation of linear elasticity problems discretized by finite element method (FEM), which are es-pecially suitable for effective parallel solution of these systems on supercomputers. Namely, the FETI method of decomposition of problem on non-overlaping subdomains and its particular variants were introduced. In theoretical part of the thesis, there was at first introduced the brief mathematical formulation of plane (2D) linear elasticity problem discretised by using FEM and also model 2D lin. elasticity prob-lem, on which the mathematical formulation of particular FETI methods’ variants’ was presented, was defined there. In the next chapter, there were briefly described direct and iterative methods of solving the systems of linear equations and the methods of matrix factorization, used in FETI variants’ algorithms. In the next chapter there were formulated the FETI-1 and TFETI-1 variants’ algorithms, in the next chapter there were defined the (T)FETI-2 variants as (T)FETI-1 variants with deflation applied on CG method solving final systems of equations and the methods of deflation, in the next chapter there was defined the variant FETI-DP and in the last chapter of theoretical there was defined the HTFETI-1. In the practical part of the thesis there were presented and compared the required numerical out-comes from numerical experiments performed on the 2D testing (model) problem of linear elastici-ty, defined in the theoretical part of thesis, for particular variants of the FETI method presented in the theoretical part of the thesis and its subvariants.

Keywords

metody rozložení oblasti, FETI, (T)FETI-1, FETI-DP, (T)FETI-2, HTFETI-1, metoda CG, deflace

Keywords

domain decomposition methods, FETI, (T)FETI-1, FETI-DP, (T)FETI-2, HTFETI-1, CG method, deflation

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 7. 8. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 21. 8. 2023
• Supervisor: David Horák
• Reader: Jakub Kružík

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Master programme / field:
Strojní inženýrství / Aplikovaná mechanika