《複雜形態顆粒流動的GPU並行離散元分析》是依託大連理工大學,由王宇新擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複雜形態顆粒流動的GPU並行離散元分析
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王宇新
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
顆粒材料的流動行為廣泛存在於礦物輸運、化工過程以及地質災害等不同研究領域，並在邊界約束、外力驅動，以及顆粒形態和力學性質的影響下，呈現出複雜的力學行為。採用高性能離散元方法從細觀尺度上分析複雜形態顆粒材料的流動規律有助於揭示其巨觀運動特徵。為此，本申請項目通過擴展顆粒模型構造具有複雜幾何形態的顆粒單元，並發展相應的接觸模型以準確計算單元間的作用力；針對複雜形態顆粒離散元的接觸模式，研究基於GPU並行技術的高性能數值算法，並重點研究顆粒單元間接觸判斷的快速搜尋方法，研發基於GPU實時顯示技術的後處理系統；對複雜形態顆粒物質在筒倉內的流動過程進行大規模離散元分析，揭示其呈現不同流動狀態及相互轉化的內在機理，並進行相應的實驗驗證。本申請項目將基於GPU的高性能並行算法與離散元的大規模計算相結合，為研究顆粒材料的複雜流動規律進而解決相應的工程問題提供有力的科學依據。
結題摘要
顆粒材料的流動行為廣泛存在，並在邊界約束、外力驅動，以及顆粒形態和力學性質的影響下，呈現出複雜的力學行為。本項目通過基於閔可夫斯基和(Minkowski sum) 的擴展顆粒模型構造具有複雜幾何形態的顆粒單元，將基本多面體和擴展球體相疊加形成具有光滑棱邊和角點的擴展多面體單元，考慮擴展多面體單元相互作用過程中角點、棱邊和平面之間的不同接觸模式，建立了不同模式下的Hertz接觸模型，發展了相應的非線性黏彈性接觸模型以準確計算單元間的作用力；針對複雜形態顆粒離散元的接觸模式，在CUDA環境下實現了複雜形態顆粒的大規模並行計算，採用面向對象方法進行顆粒數據封裝，實現複雜顆粒的快速鄰居搜尋和接觸判斷，搭建了基於GPU的擴展多面體離散元仿真計算平台；研發了基於GPU實時顯示技術的後處理技術，提出了大規模粒子可視化框架與標準輸入輸出格式，通過CUDA與OpenGL的互操作技術實現離散元計算和結果顯示的同步進行；對複雜形態顆粒物質在筒倉內的流動過程進行大規模離散元分析，揭示其呈現不同流動狀態及相互轉化的內在機理，並進行相應的實驗驗證。 本項目將基於GPU的高性能並行計算方法與離散元的大規模計算相結合，為研究顆粒材料的複雜流動規律進而解決相應的工程問題提供有力的科學依據，相關的成果已成功套用于海洋冰區的冰載荷分析和海洋平台冰激振動分析等方面。同時利用現有的軟體架構技術，構建了基於GPU的擴展多面體離散元仿真計算平台，在內部實現了基於GPU的複雜顆粒離散元快速鄰居搜尋和接觸判斷算法，並研究了各種GPU計算的加速最佳化方法，為利用GPU進行各種科學計算實踐提供了有力的技術依據。 由於大數據處理技術不斷成熟與延伸，我們所需處理的大規模顆粒數據具備數據體量巨大、處理速度快、數據類型繁多等特點，數據無疑是新型信息技術服務和科學研究的基石，大數據處理技術理所當然地成為當今信息技術發展的核心熱點，下一階段將考慮將大規模顆粒數據的仿真計算放到Spark大數據處理框架中實現。
