二维结构拓扑优化的GPU并行计算方法研究

刘家彤¹，王春洁^1,2，吴健¹，付志方¹

1. 北京航空航天大学机械工程及自动化学院2. 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室

摘 要：针对结构拓扑优化中存在的计算量大,计算效率低的问题,以二维结构拓扑优化问题为研究对象,提出了一种GPU并行计算方法。通过对已有串行算法进行研究,结合GPU并行计算的基本特点,采用节点刚度方法计算结构刚度矩阵,相对于MATLAB向量化计算,该算法加速效果显著。以固体各向同性材料惩罚法进行结构拓扑优化为例,在CUDA平台下实现了对结构化网格二维拓扑优化问题的GPU并行计算,得到了清晰的拓扑构型,将该方法与现有计算方法进行对比,GPU并行计算速度有较大提升。

关键词：拓扑优化;GPU并行计算;节点刚度;固体各向同性材料惩罚法;CUDA;