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| 內容簡介： |
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非规则几何形态的颗粒材料在加载速率、约束条件等因素的影响下会呈现出非连续性、非均质性的复杂力学特性。为此，《任意形态颗粒离散元方法》*先阐述离散元方法在几何形态构造、单元接触算法、高性能并行计算的研究进展，还介绍了任意形态颗粒间的粘结-破碎模型、高性能 GPU 并行算法以及软件研发；*后对离散元方法在颗粒材料流动特性分析、着陆器和返回舱着陆过程、有砟铁路道床沉降行为、极地海洋工程结构冰载荷数值计算等方面的应用展开了系统研究。
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目录前言第1章绪论11.1任意形态颗粒的离散元方法21.1.1基于函数表征的任意形态颗粒离散元方法21.1.2基于几何拓扑的非规则颗粒离散元方法51.1.3组合颗粒模型的非规则颗粒离散元方法61.1.4新颖的任意形态颗粒离散元方法71.2任意形态颗粒离散元方法的高性能计算.111.2.1球形颗粒的GPU并行算法.111.2.2非规则颗粒的GPU并行算法.141.3任意形态颗粒材料的工程应用161.3.1有砟铁路道床的动力特性分析.161.3.2离散元方法在海冰工程中的应用.18参考文献20第2章多面体离散元方法262.1多边形表面模型的几何构造262.1.1几何建模方法272.1.2数据结构292.1.3质量和转动惯量312.2基于能量守恒理论的接触力模型342.2.1能量守恒接触理论352.2.2接触能函数的选取362.2.3接触力的求解382.3多面体离散元方法的算法验证392.3.1接触模型的参数敏感性分析392.3.2复杂颗粒的弹性及非弹性碰撞验证.412.3.3颗粒在复杂结构中的动力学行为分析.432.4小结45参考文献45第3章扩展多面体离散元方法483.1扩展多面体的单元构造.483.1.1基于闵可夫斯基和方法的扩展多面体单元483.1.2质量及转动惯量计算493.2扩展多面体单元间的搜索判断及接触力模型513.2.1几何接触算法523.2.2近似包络函数算法583.3扩展多面体离散元方法的算例验证633.3.1单颗粒重力下落的离散元分析.633.3.2料斗卸料过程的成拱效应663.4小结70参考文献70第4章超二次*面离散元方法734.1超二次*面单元的构造.734.1.1基于连续函数包络的超二次*面单元.744.1.2质量及转动惯量计算744.2超二次*面单元的搜索判断及接触力模型754.2.1基于优化算法的颗粒间重叠量计算.754.2.2颗粒与结构间的重叠量计算774.2.3考虑等效*率的非线性接触力模型.824.3超二次*面离散元方法的算例验证834.3.1椭球体碰撞的离散元模拟834.3.2圆柱体堆积的试验验证854.3.3颗粒材料的流动过程模拟864.4小结90参考文献91第5章球谐函数离散元方法935.1球谐函数单元的构造935.1.1球谐函数的方程表示945.1.2Anm系数的求解方式.955.2非规则颗粒的水平集函数重构965.2.1零水平集函数的构造方法965.2.2空间水平集函数的构造方法975.3基于水平集方法的搜索判断及接触力模型985.3.1基于三线性插值方法的接触点搜索.985.3.2多个接触力的有效计算1005.4球谐函数离散元方法的算例验证1015.4.1单个颗粒的弹性及非弹性碰撞验证1015.4.2多个颗粒堆积的离散元模拟1035.5小结.106参考文献107第6章任意形态组合单元的离散元方法1086.1组合球体单元的离散元方法1086.1.1组合球体模型的几何构造1096.1.2组合球体模型的运动求解1106.1.3组合球体单元间的接触力计算1126.2组合扩展多面体单元的离散元方法1176.2.1组合扩展多面体模型的几何构造1186.2.2组合扩展多面体模型的运动求解1186.2.3组合扩展多面体模型的接触力计算1206.3组合超二次*面单元的离散元方法1216.3.1组合超二次*面单元的几何构造1226.3.2组合超二次*面单元的运动求解1246.3.3组合超二次*面单元的接触力计算1256.4任意形态组合单元离散元方法的算例验证1266.4.1单个颗粒冲击平面的解析解对比1266.4.2多个颗粒卸料过程的对比分析1276.4.3多个颗粒堆积过程的离散元模拟1306.4.4多个颗粒流动特性的对比分析1326.5小结.134参考文献134第7章任意形态单元间的粘结–破碎模型1377.1平行粘结–破碎模型1387.1.1球体颗粒的平行粘结模型1387.1.2扩展多面体的平行粘结模型1397.1.3粘结力和力矩的有效计算1437.2单元接触的粘结–破碎模型1457.2.1刚体有限元方法1457.2.2考虑损伤和断裂能的混合断裂准则1507.2.3粘结节点的选取及粘结力的计算1537.3平行粘结–破碎模型的验证1567.3.1单轴压缩试验的离散元分析1577.3.2三点弯*试验的离散元分析1597.3.3冻结道砟破碎特性的离散元模拟1627.4单元接触的粘结–破碎模型的验证1657.4.1颗粒运动稳定性1657.4.2粘结单元的破碎行为1677.4.3巴西盘劈裂试验的离散元模拟1697.5小结.172参考文献172第8章基于GPU并行的高性能离散元计算及软件研发1758.1任意形态颗粒间的邻居搜索和接触算法1768.1.1空间网格划分和重新排序1768.1.2接触对列表及参考列表的创建方法1778.2基于GPU并行的CUDA算法1788.2.1GPU架构及CUDA编程方案1798.2.2CUDAThrust库中核函数的调用及离散元计算1858.3国内外离散元计算分析软件发展现状1898.3.1国外离散元软件的发展现状1898.3.2国内离散元软件的发展现状1938.4基于GPU并行的任意形态颗粒材料离散元计算分析软件SDEM.1978.4.1SDEM软件的开发现状.1978.4.2SDEM软件模拟百万量级的大规模颗粒材料2008.4.3SDEM软件模拟颗粒材料的流动过程2018.4.4SDEM软件的GPU并行效率对比2028.4.5SDEM软件模拟旋转圆筒内颗粒的混合过程2048.5小结.206参考文献206第9章任意形态颗粒离散元方法的应用2089.1任意形态颗粒运动特性的离散元模拟2099.1.1筒仓内颗粒材料的流动状态2099.1.2水平转筒内颗粒材料的混合特性分析.2179.1.3螺旋输送机内颗粒材料的输运过程2259.2着陆器和返回舱着陆中颗粒缓冲性能的离散元模拟2309.2.1冲击载荷下颗粒材料的缓冲特性2309.2.2着陆器与返回舱着陆过程的离散元分析.2369.3有砟铁路道床动力特性的离散元模拟2479.3.1道砟材料的休止角试验及离散元验证.2479.3.2道砟材料的直剪试验及离散元验证2539.3.3寒区有砟道床离散元分析2599.3.4往复载荷下有砟道床动力特性的离散元分析2639.4极地船舶及海洋工程的离散元模拟2679.4.1复杂海冰类型的离散元构造2689.4.2极地船舶航行冰载荷的离散元分析2739.4.3水下航行体冰区航行冰载荷的离散元分析.2809.4.4极地海洋工程结构冰载荷的离散元分析.2839.5小结.290参考文献290
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