49、数据驱动方法的粘弹性求解器与磁层动力学和航天器充电现象的耦合数值分析

数据驱动方法的粘弹性求解器与磁层动力学和航天器充电现象的耦合数值分析

1 数据驱动的粘弹性求解器

在地球科学领域，对地壳结构的精确模拟至关重要，特别是在地震研究中。为了实现对高度详细的三维地壳结构模型的粘弹性响应进行快速计算，研究人员开发了一种基于GPU的数据驱动预测器的多网格求解器。

1.1 方法改进

原始算法在存储时间历史数据时会占用大量内存。为了解决这个问题，研究人员设计了合适的算法来减少GPU内存使用和计算时间。同时，通过同时求解格林函数，提高了内存受限的矩阵向量乘积内核的性能。

1.2 性能提升

经过优化，开发的GPU求解器在ABCI计算环境中比最先进的多网格求解器实现了8.6倍的加速。例如，使用160个A100 GPU计算了具有42亿自由度的大规模三维地壳模型的372个粘弹性格林函数。

1.3 应用示例

在一个应用示例中，通过生成的有限元模型进行分析。估计的同震滑动分布显示，估计的矩震级为8.13，与参考滑动的矩震级（8.11）几乎相同，这表明该方法几乎准确地捕捉到了地震的震级。

下面是一个简单的流程说明：
1. 构建高度详细的三维地壳结构模型。
2. 采用数据驱动预测器的多网格求解器进行计算。
3. 优化算法以减少GPU内存使用和计算时间。
4. 同时求解格林函数提高性能。
5. 进行计算并分析结果。

2 磁层动力学和航天器充电现象的耦合数值分析

2.1 研究背景

空间等离子体涉及复杂的动力学过程，其空间和时间尺度范围广泛。地球磁层的全球尺