《工程結構地震毀傷倒塌過程的快速仿真計算》是依託北京大學，由汪國平擔任負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：工程結構地震毀傷倒塌過程的快速仿真計算
- 項目負責人：汪國平
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
工程結構地震毀傷以及倒塌的計算機仿真往往採用有限元或者離散單元數值分析方法，但由於問題模型的數值解計算量大，即使採用了並行計算的策略對調整物理模型各項參數的疊代解算分析過程依然耗時非常長效率低，而且對解算結果的分析比較缺乏直觀真實的互動可視化手段，嚴重影響了工程技術人員對問題模型的深入了解。本項目的目標是採用虛擬現實的手段對工程結構的地震毀傷倒坍進行高效虛擬仿真。通過對地震波對工程結構的毀傷、倒塌模型進行適當的幾何簡化，同時通過對工程結構在地震波衝擊載荷作用下進行工程結構模型格線的幾何最佳化或者重格線化，有限元計算和離散單元數值計算採用GPU集群的並行計算策略，以加速數值計算速度，從而達到在保證計算精度的前提下具有互動的結構毀傷倒塌仿真。最後利用真實感繪製方法，實現複雜結構工程在強場作用下的結構毀傷互動仿真逼真可視化。
結題摘要
1．實現了Galerkin-Petrov無格線法，主要優點是不需要背景格線進行積分，是真正意義上的無格線方法。通過求解一個準靜力問題（quasistatic analysis），得到物體內部和表面的應力分布，進而通過和材料的破壞閾值比較來決定破碎的發生。 2. 設計了基於毀傷的破碎模型。現實問題中，由於物體內部微小瑕疵結構的影響，剛性物體的破碎是一個很難預測的問題，因此想要生成預期的斷裂結果非常困難。相對於傳統的追蹤斷裂面的破裂分析方法，我們的算法具有更好的用戶可控性，能夠根據藝術家或設計人員生成更滿足需要的破碎效果。 3. 提出了一種高效並行的動態物體表面碰撞檢測算法，對連續碰撞檢測的碰撞檢測過濾器級別的裁剪進行並行降維計算以獲得更高的裁剪率並且讓複雜計算更容易實施。對於每組待測試的基本圖元對，我們分別投影到一維和二維子空間進行並行裁剪，考慮的是基本圖元之間的整體的相對運動，以及點和邊之間的相對運動，如果都通過了在進行三維的元測試。我們方法的速度要比現有最好的同類算法至少快3倍以上。 4. 提出了一種可以直接在離散格線表面生成近似泊松盤分布的方法。此方法套用基於面積的索引結構和點採樣方法，利用採樣點鄰域的裁剪保持了索引結構的高效；引入了基於等照度距離度量的互斥結構來保證最後採樣點之間的距離滿足條件；針對其中可能存在的浮點誤差問題我們也給出了我們的解決方法。同時實現了個性化採樣：保特徵的泊松盤採樣和自適應泊松盤採樣。實驗分析證明，本方法實現簡單，運行快速，算法健壯，採樣結果能很好地保持泊松盤採樣的藍噪聲特性。在泊松盤採樣算法的基礎上，實現了一種基於表面採樣的重格線化算法，此算法充分利用了格線已有的連線拓撲信息對採樣點進行連線。此算法可以得到高質量的格線模型，套用於仿真計算的格線剖分中，並且對於原始格線的誤差較小。 5. 研究了GPU異構集群的並行計算模型。由於異構集群各個節點上的GPU數目不定，因此，拋棄了CUDA中關於multiDevice中的多執行緒解決方案，採用和同構集群相似的mpi編程，通過控制設備號來實現多設備，通過N-Body和大矩陣乘法等測試，計算效率明顯增加，也解決了單個GPU無法解決的計算資源不足的瓶頸問題，但是由於數據傳輸的影響，目前還沒有達到單節點效率的倍數關係理論值。研究工作檢驗了工程套用中汽車車身碰撞的仿真計算實驗。
