目錄
前言
第1章緒論1
1.1任意形態(tài)顆粒的離散元方法2
1.1.1基于函數(shù)表征的任意形態(tài)顆粒離散元方法2
1.1.2基于幾何拓?fù)涞姆且?guī)則顆粒離散元方法5
1.1.3組合顆粒模型的非規(guī)則顆粒離散元方法6
1.1.4新穎的任意形態(tài)顆粒離散元方法7
1.2任意形態(tài)顆粒離散元方法的高性能計(jì)算.11
1.2.1球形顆粒的GPU并行算法.11
1.2.2非規(guī)則顆粒的GPU并行算法.14
1.3任意形態(tài)顆粒材料的工程應(yīng)用16
1.3.1有砟鐵路道床的動(dòng)力特性分析.16
1.3.2離散元方法在海冰工程中的應(yīng)用.18
參考文獻(xiàn)20
第2章多面體離散元方法26
2.1多邊形表面模型的幾何構(gòu)造26
2.1.1幾何建模方法27
2.1.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)29
2.1.3質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量31
2.2基于能量守恒理論的接觸力模型34
2.2.1能量守恒接觸理論35
2.2.2接觸能函數(shù)的選取36
2.2.3接觸力的求解38
2.3多面體離散元方法的算法驗(yàn)證39
2.3.1接觸模型的參數(shù)敏感性分析39
2.3.2復(fù)雜顆粒的彈性及非彈性碰撞驗(yàn)證.41
2.3.3顆粒在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的動(dòng)力學(xué)行為分析.43
2.4小結(jié)45
參考文獻(xiàn)45
第3章擴(kuò)展多面體離散元方法48
3.1擴(kuò)展多面體的單元構(gòu)造.48
3.1.1基于閔可夫斯基和方法的擴(kuò)展多面體單元48
3.1.2質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算49
3.2擴(kuò)展多面體單元間的搜索判斷及接觸力模型51
3.2.1幾何接觸算法52
3.2.2近似包絡(luò)函數(shù)算法58
3.3擴(kuò)展多面體離散元方法的算例驗(yàn)證63
3.3.1單顆粒重力下落的離散元分析.63
3.3.2料斗卸料過(guò)程的成拱效應(yīng)66
3.4小結(jié)70
參考文獻(xiàn)70
第4章超二次曲面離散元方法73
4.1超二次曲面單元的構(gòu)造.73
4.1.1基于連續(xù)函數(shù)包絡(luò)的超二次曲面單元.74
4.1.2質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算74
4.2超二次曲面單元的搜索判斷及接觸力模型75
4.2.1基于優(yōu)化算法的顆粒間重疊量計(jì)算.75
4.2.2顆粒與結(jié)構(gòu)間的重疊量計(jì)算77
4.2.3考慮等效曲率的非線性接觸力模型.82
4.3超二次曲面離散元方法的算例驗(yàn)證83
4.3.1橢球體碰撞的離散元模擬83
4.3.2圓柱體堆積的試驗(yàn)驗(yàn)證85
4.3.3顆粒材料的流動(dòng)過(guò)程模擬86
4.4小結(jié)90
參考文獻(xiàn)91
第5章球諧函數(shù)離散元方法93
5.1球諧函數(shù)單元的構(gòu)造93
5.1.1球諧函數(shù)的方程表示94
5.1.2Anm系數(shù)的求解方式.95
5.2非規(guī)則顆粒的水平集函數(shù)重構(gòu)96
5.2.1零水平集函數(shù)的構(gòu)造方法96
5.2.2空間水平集函數(shù)的構(gòu)造方法97
5.3基于水平集方法的搜索判斷及接觸力模型98
5.3.1基于三線性插值方法的接觸點(diǎn)搜索.98
5.3.2多個(gè)接觸力的有效計(jì)算100
5.4球諧函數(shù)離散元方法的算例驗(yàn)證101
5.4.1單個(gè)顆粒的彈性及非彈性碰撞驗(yàn)證101
5.4.2多個(gè)顆粒堆積的離散元模擬103
5.5小結(jié).106
參考文獻(xiàn)107
第6章任意形態(tài)組合單元的離散元方法108
6.1組合球體單元的離散元方法108
6.1.1組合球體模型的幾何構(gòu)造109
6.1.2組合球體模型的運(yùn)動(dòng)求解110
6.1.3組合球體單元間的接觸力計(jì)算112
6.2組合擴(kuò)展多面體單元的離散元方法117
6.2.1組合擴(kuò)展多面體模型的幾何構(gòu)造118
6.2.2組合擴(kuò)展多面體模型的運(yùn)動(dòng)求解118
6.2.3組合擴(kuò)展多面體模型的接觸力計(jì)算120
6.3組合超二次曲面單元的離散元方法121
6.3.1組合超二次曲面單元的幾何構(gòu)造122
6.3.2組合超二次曲面單元的運(yùn)動(dòng)求解124
6.3.3組合超二次曲面單元的接觸力計(jì)算125
6.4任意形態(tài)組合單元離散元方法的算例驗(yàn)證126
6.4.1單個(gè)顆粒沖擊平面的解析解對(duì)比126
6.4.2多個(gè)顆粒卸料過(guò)程的對(duì)比分析127
6.4.3多個(gè)顆粒堆積過(guò)程的離散元模擬130
6.4.4多個(gè)顆粒流動(dòng)特性的對(duì)比分析132
6.5小結(jié).134
參考文獻(xiàn)134
第7章任意形態(tài)單元間的粘結(jié)–破碎模型137
7.1平行粘結(jié)–破碎模型138
7.1.1球體顆粒的平行粘結(jié)模型138
7.1.2擴(kuò)展多面體的平行粘結(jié)模型139
7.1.3粘結(jié)力和力矩的有效計(jì)算143
7.2單元接觸的粘結(jié)–破碎模型145
7.2.1剛體有限元方法145
7.2.2考慮損傷和斷裂能的混合斷裂準(zhǔn)則150
7.2.3粘結(jié)節(jié)點(diǎn)的選取及粘結(jié)力的計(jì)算153
7.3平行粘結(jié)–破碎模型的驗(yàn)證156
7.3.1單軸壓縮試驗(yàn)的離散元分析157
7.3.2三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的離散元分析159
7.3.3凍結(jié)道砟破碎特性的離散元模擬162
7.4單元接觸的粘結(jié)–破碎模型的驗(yàn)證165
7.4.1顆粒運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性165
7.4.2粘結(jié)單元的破碎行為167
7.4.3巴西盤(pán)劈裂試驗(yàn)的離散元模擬169
7.5小結(jié).172
參考文獻(xiàn)172
第8章基于GPU并行的高性能離散元計(jì)算及軟件研發(fā)175
8.1任意形態(tài)顆粒間的鄰居搜索和接觸算法176
8.1.1空間網(wǎng)格劃分和重新排序176
8.1.2接觸對(duì)列表及參考列表的創(chuàng)建方法177
8.2基于GPU并行的CUDA算法178
8.2.1GPU架構(gòu)及CUDA編程方案179
8.2.2CUDAThrust庫(kù)中核函數(shù)的調(diào)用及離散元計(jì)算185
8.3國(guó)內(nèi)外離散元計(jì)算分析軟件發(fā)展現(xiàn)狀189
8.3.1國(guó)外離散元軟件的發(fā)展現(xiàn)狀189
8.3.2國(guó)內(nèi)離散元軟件的發(fā)展現(xiàn)狀193
8.4基于GPU并行的任意形態(tài)顆粒材料離散元計(jì)算分析軟件SDEM.197
8.4.1SDEM軟件的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀.197
8.4.2SDEM軟件模擬百萬(wàn)量級(jí)的大規(guī)模顆粒材料200
8.4.3SDEM軟件模擬顆粒材料的流動(dòng)過(guò)程201
8.4.4SDEM軟件的GPU并行效率對(duì)比202
8.4.5SDEM軟件模擬旋轉(zhuǎn)圓筒內(nèi)顆粒的混合過(guò)程204
8.5小結(jié).206
參考文獻(xiàn)206
第9章任意形態(tài)顆粒離散元方法的應(yīng)用208
9.1任意形態(tài)顆粒運(yùn)動(dòng)特性的離散元模擬209
9.1.1筒倉(cāng)內(nèi)顆粒材料的流動(dòng)狀態(tài)209
9.1.2水平轉(zhuǎn)筒內(nèi)顆粒材料的混合特性分析.217
9.1.3螺旋輸送機(jī)內(nèi)顆粒材料的輸運(yùn)過(guò)程225
9.2著陸器和返回艙著陸中顆粒緩沖性能的離散元模擬230
9.2.1沖擊載荷下顆粒材料的緩沖特性230
9.2.2著陸器與返回艙著陸過(guò)程的離散元分析.236
9.3有砟鐵路道床動(dòng)力特性的離散元模擬247
9.3.1道砟材料的休止角試驗(yàn)及離散元驗(yàn)證.247
9.3.2道砟材料的直剪試驗(yàn)及離散元驗(yàn)證253
9.3.3寒區(qū)有砟道床離散元分析259
9.3.4往復(fù)載荷下有砟道床動(dòng)力特性的離散元分析263
9.4極地船舶及海洋工程的離散元模擬267
9.4.1復(fù)雜海冰類型的離散元構(gòu)造268
9.4.2極地船舶航行冰載荷的離散元分析273
9.4.3水下航行體冰區(qū)航行冰載荷的離散元分析.280
9.4.4極地海洋工程結(jié)構(gòu)冰載荷的離散元分析.283
9.5小結(jié).290
參考文獻(xiàn)290