High performance computing of discrete nonsmooth contact dynamics via two domain décomposition methods

La simulation numérique des systèmes multicorps en présence d'interactions complexes, dont le contact frottant, pose de nombreux défis, tant en terme de modélisation que de temps de calcul. Dans ce manuscrit de thèse, nous étudions deux familles de décomposition de domaine adaptées au formalisme de la dynamique non régulière des contacts (NSCD). Cette méthode d'intégration implicite en temps de l'évolution d'une collection de corps en interaction a pour caractéristique de prendre en compte le caractère discret et non régulier d'un tel milieu. Les techniques de décomposition de domaine classiques ne peuvent de ce fait être directement transposées. Deux méthodes de décomposition de domaine proches des formalismes des méthodes de Schwarz et de complément de Schur sont présentées. Ces méthodes se révèlent être de puissants outils pour la parallélisation en mémoire distribuée des simulations granulaires 2D et 3D sur un centre de calcul haute performance. Le comportement de structure des milieux granulaires denses est de plus exploité afin de propager rapidement l'information sur l'ensemble des sous-domaines via un schéma semi-implicite d'intégration en temps.Numerical simulations of the dynamics of discrete structures in presence of numerous impacts and frictional contacts leads to CPU-intensive large time computations. To deal with such realistic assemblies, numerical tools have been developed, in particular the method called nonsmooth contact dynamics (NSCD). Such modeling has to deal with discreteness and nonsmoothness, such that domain decomposition approaches for regular continuum media has to be rethought. We present further two domain decomposition method linked to Schwarz and Schur formalism. Scalability and numerical performances of the methods for 2D and 3D granular media is studied, showing good parallel behavior on a supercomputer platform. The structural behavior of dense granular packing is herein used to introduce a spacial multilevel preconditioner with a coarse problem to improve convergence in a space-time approach

Calcul haute performance en dynamique des contacts via deux familles de décomposition de domaine

Numerical simulations of the dynamics of discrete structures in presence of numerous impacts and frictional contacts lead to CPU-intensive large time computations. To deal with such realistic assemblies, numerical tools have been developed, in particular the method called nonsmooth contact dynamics (NSCD). Such modeling has to deal with discreteness and nonsmoothness, such that domain decomposition approaches for regular continuum media have to be rethought. We present further two domain decomposition methods linked to Schwarz and Schur formalisms. Scalability and numerical performances of the methods for 2D and 3D granular media are studied, showing good parallel behavior on a supercomputer platform. The structural behavior of dense granular packing is herein used to introduce a spacial multilevel preconditioner with a coarse problem to improve convergence in a space-time approach.La simulation numérique des systèmes multicorps en présence d'interactions complexes, dont le contact frottant, pose de nombreux défis, tant en terme de modélisation que de temps de calcul. Dans ce manuscrit de thèse, nous étudions deux familles de décomposition de domaine adaptées au formalisme de la dynamique non régulière des contacts (NSCD). Cette méthode d'intégration implicite en temps de l'évolution d'une collection de corps en interaction a pour caractéristique de prendre en compte le caractère discret et non régulier d'un tel milieu. Les techniques de décomposition de domaine classiques ne peuvent de ce fait être directement transposées. Deux méthodes de décomposition de domaine, proches des formalismes des méthodes de Schwarz et de complément de Schur sont présentées. Ces méthodes se révèlent être de puissants outils pour la parallélisation en mémoire distribuée des simulations granulaires 2D et 3D sur un centre de calcul haute performance. Le comportement de structure des milieux granulaires denses est de plus exploité afin de propager rapidement l'information sur l'ensemble des sous domaines via un schéma semi-implicite d'intégration en temps

High performance computing of discrete nonsmooth contact dynamics with domain decomposition: HPC OF CONTACT DYNAMICS WITH DOMAIN DECOMPOSITION

This work was realized with the support of HPC@LR, a Center of Competence in High-Performance Computing from the Languedoc-Roussillon region, funded by the Languedoc-Roussillon region, Europe and University Montpellier 2 Sciences et Techniques. The HPC@LR Center is equipped with an IBM hybrid Supercomputer. ; International audience ; We investigate two algorithms for solving large-scale granular problems using domain decomposition methods. These numerical schemes can be connected to classical domain decompositions, with and without overlapping, developed in continuum mechanics. The two algorithms are compared in terms of implementation and parallel performance. We focus the numerical study on communication procedures between processors, load balancing and scalability, topics particularly crucial in nonlinear evolutive problems

Towards an augmented domain decomposition method for nonsmooth contact dynamics models

International audienceThis paper explores the numerical performances of algorithms enriched by an augmented interface problem in a domain decomposition method dedicated to nonsmooth dynamic systems. Starting from simulations on a single time step, different algorithms are tested on moderate size samples. The analysis of the results leads to an incomplete resolution strategy for solving a time-evolution problem

Deux méthodes de décomposition de domaine pour la dynamique des contacts et leurs formulations enrichies

National audienceLa simulation de la dynamique des systèmes discrets en présence d'impacts et de contacts frottants pose de nombreux défis, tant en termes de modélisation que de temps de calcul. Afin de traiter des échantillons réalistes de grande taille, des techniques de résolution ont été développées, en particulier des méthodes de décomposition de domaine. L'objectif de cette étude est de présenter deux méthodes (de type complément de Schur dual et Schwarz) adaptées au cadre de la dynamique des contacts. La prise en compte de la structure du réseau d'efforts sous-jacent mène respectivement à un problème d'interface enrichi et à des communications augmentées entre processeurs, dont les performances sont comparées

Toward a space-time multiscale algorithm for the simulation of dense granular packings

International audienc

Influence of Domain Decomposition Method on the solution of a simple granular test via the N.S.C.D

Non Smooth Contact Dynamics (NSCD) [1] has shown its efficiency in the simulation of granular media. Since the number of particles and contacts increases or/and the shape of discrete elements becomes more complex, numerical tools need to be improved to keep a reasonable CPU computation time. A first step in this direction has been performed in [2] by the parallelization of the NSCD contact solver. A second step consists in introducing a domain decomposition method adapted to the diffuse non-regularity of granular media. The aim of this presentation is to validate decomposition domain simulations of granular media, as regards of physical key points, on an academic test

Issues in domain decomposition method dedicated to non-smooth contact dynamics

A FETI-like Domain decomposition dedicated to Contact Dynamics is considered here, especially concerning "corner grain" treatment and its influence on the numerical simulation. Moreover, parallel implementation of Non-Smooth Contact Domain Decomposition (NSCDD) using MPI library is studied as regards of load balancing and computing performances, leading to motivate time homogenization techniques

Décomposition de domaine pour le calcul des maçonneries

International audienceUne stratégie de décomposition de domaine appliquée à la méthode Non Smooth Contact Domain Decomposition est testée pour le calcul d’ouvrages maçonnés. Précédemment introduite et validée pour l’analyse des milieux granulaires denses, la méthode Non Smooth Contact Domain Decomposition est ici adaptée au contexte de la tenue mécanique des bâtiments. Une analyse de performance de cette méthode est mise en œuvre et comparée aux performances obtenues par parallélisation multitâches pour machines à mémoire partagée