大規(guī)模離散元的并行計(jì)算通�；诶硐氲那蝮w單元,然而自然界或工業(yè)生產(chǎn)中普遍存在的是由非球形顆粒組成的復(fù)雜體系,其在不同空間尺度下的動(dòng)力學(xué)行為及力學(xué)性質(zhì)與球形顆粒具有顯著差異.基于連續(xù)函數(shù)包絡(luò)的超二次曲面單元能有效地構(gòu)造非球形顆粒的幾何形態(tài),并通過(guò)非線性Newton迭代算法準(zhǔn)確計(jì)算單元間的作用力.針對(duì)非球形顆粒間接觸判斷的復(fù)雜性及其大規(guī)模離散元計(jì)算的需求,該文發(fā)展了基于CUDA-GPU構(gòu)架下超二次曲面單元并行算法.該方法在球形顆粒并行計(jì)算的基礎(chǔ)上,通過(guò)核函數(shù)建立單元包圍盒的粗判斷列表及Newton迭代的細(xì)判斷列表,并優(yōu)化了并行算法和內(nèi)存訪問(wèn)模式以提高算法的計(jì)算效率.為檢驗(yàn)超二次曲面并行算法的可靠性,對(duì)非球形顆粒的流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行離散元模擬,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證.在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步分析了顆粒單元不同長(zhǎng)寬比和表面尖銳度對(duì)顆粒材料流動(dòng)特性的影響,為非球形顆粒材料的大規(guī)模離散元模擬提供了一種有效的數(shù)值方法. 

【文章來(lái)源】：應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué). 2019,40(07)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：17 頁(yè)

【部分圖文】：

基于超二次曲面的三維非球形顆粒Fig.1T6ree}limensioualoon-spherical.particlesbasedonsupecyuadricequatiouay并行的離散元算法

最后，根據(jù)Anei［i，Iicell］中顆粒i與所有可能接觸的顆粒編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將接觸對(duì)的編號(hào)Ilist存儲(chǔ)在參考列表Aref［i，Iicell］中．這有利于后續(xù)以顆粒編號(hào)為并行依據(jù)，在GPU上實(shí)現(xiàn)每個(gè)顆粒接觸力和力矩的快速疊加．圖2DEM模擬中網(wǎng)格編號(hào)與顆粒編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig．2ＲelationshipbetweenthecelllabelandtheparticlelabelforDEMsimulation(a)重新排序后的顆粒編號(hào)(b)網(wǎng)格內(nèi)的最大和最小顆粒編號(hào)(a)Thesortedparticlelabel(b)Maximumandminimumparticlelabelsineachcell圖3重新排序后顆粒編號(hào)與網(wǎng)格編號(hào)的關(guān)系Fig．3Ｒelationbetweenthecelllabelandtheparticlelabelaftersorting1．2．2包圍盒列表及Newton迭代列表考慮不同長(zhǎng)寬比和方向的顆粒單元，以接觸對(duì)的編號(hào)為并行依據(jù)，創(chuàng)建每個(gè)接觸對(duì)對(duì)應(yīng)的包圍盒列表Lb．這有利于快速剔除不可能發(fā)生碰撞的潛在接觸對(duì)，提高并行程序的運(yùn)行效率．根據(jù)超二次曲面單元3個(gè)主軸方向的半軸長(zhǎng)建立最小尺寸的六面體，采用基于分離軸理論的方向包圍盒(orientedboundingbox，OBB)方法［48］，并依次判斷兩個(gè)單元的6個(gè)主軸方向和主軸兩兩叉乘得到的9個(gè)矢量方向，從而確定單元間的接觸狀態(tài)．如果兩個(gè)六面體在空間向量上的投影相交，則在新數(shù)組Lb中存儲(chǔ)“1”表示接觸，否則存儲(chǔ)“0”表示分離．457王嗣強(qiáng)季順迎

最后，根據(jù)Anei［i，Iicell］中顆粒i與所有可能接觸的顆粒編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將接觸對(duì)的編號(hào)Ilist存儲(chǔ)在參考列表Aref［i，Iicell］中．這有利于后續(xù)以顆粒編號(hào)為并行依據(jù)，在GPU上實(shí)現(xiàn)每個(gè)顆粒接觸力和力矩的快速疊加．圖2DEM模擬中網(wǎng)格編號(hào)與顆粒編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig．2ＲelationshipbetweenthecelllabelandtheparticlelabelforDEMsimulation(a)重新排序后的顆粒編號(hào)(b)網(wǎng)格內(nèi)的最大和最小顆粒編號(hào)(a)Thesortedparticlelabel(b)Maximumandminimumparticlelabelsineachcell圖3重新排序后顆粒編號(hào)與網(wǎng)格編號(hào)的關(guān)系Fig．3Ｒelationbetweenthecelllabelandtheparticlelabelaftersorting1．2．2包圍盒列表及Newton迭代列表考慮不同長(zhǎng)寬比和方向的顆粒單元，以接觸對(duì)的編號(hào)為并行依據(jù)，創(chuàng)建每個(gè)接觸對(duì)對(duì)應(yīng)的包圍盒列表Lb．這有利于快速剔除不可能發(fā)生碰撞的潛在接觸對(duì)，提高并行程序的運(yùn)行效率．根據(jù)超二次曲面單元3個(gè)主軸方向的半軸長(zhǎng)建立最小尺寸的六面體，采用基于分離軸理論的方向包圍盒(orientedboundingbox，OBB)方法［48］，并依次判斷兩個(gè)單元的6個(gè)主軸方向和主軸兩兩叉乘得到的9個(gè)矢量方向，從而確定單元間的接觸狀態(tài)．如果兩個(gè)六面體在空間向量上的投影相交，則在新數(shù)組Lb中存儲(chǔ)“1”表示接觸，否則存儲(chǔ)“0”表示分離．457王嗣強(qiáng)季順迎

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于超二次曲面的顆粒材料緩沖性能離散元分析[J]. 王嗣強(qiáng),季順迎.  物理學(xué)報(bào). 2018(09)
[2]塊石含量和空間分布對(duì)土石混合體抗剪強(qiáng)度影響的離散元分析[J]. 嚴(yán)穎,趙金鳳,季順迎.  工程力學(xué). 2017(06)
[3]軟物質(zhì)系顆粒材料組成、微結(jié)構(gòu)與傳輸性能之間關(guān)聯(lián)建模綜述[J]. 許文祥,孫洪廣,陳文,陳惠蘇.  物理學(xué)報(bào). 2016(17)
[4]往復(fù)荷載下鐵路道砟沉降特性的擴(kuò)展多面體離散元分析[J]. 孫珊珊,嚴(yán)穎,趙春發(fā),季順迎.  鐵道學(xué)報(bào). 2015(11)
[5]基于擴(kuò)展多面體的離散單元法及其作用于圓樁的冰載荷計(jì)算[J]. 劉璐,龍雪,季順迎.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(06)
[6]基于OpenMP的二維有限元-離散元并行分析方法[J]. 嚴(yán)成增,鄭宏,孫冠華,葛修潤(rùn).  巖土力學(xué). 2014(09)
[7]基于OpenMP的非連續(xù)變形分析并行計(jì)算方法[J]. 付曉東,盛謙,張勇慧.  巖土力學(xué). 2014(08)
[8]海冰與自升式海洋平臺(tái)相互作用GPU離散元模擬[J]. 狄少丞,季順迎.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2014(04)
[9]基于超二次曲面的非球形離散單元模型研究[J]. 崔澤群,陳友川,趙永志,花爭(zhēng)立,劉驍,周池樓.  計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2013(06)
[10]顆粒形狀及粒間摩擦角對(duì)堆石體宏觀力學(xué)行為的影響[J]. 常曉林,馬剛,周偉,周創(chuàng)兵.  巖土工程學(xué)報(bào). 2012(04)



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