基本介紹
- 中文名：GDEM
- 性質：力學分析系列軟體
- 開發公司：北京極道成然科技有限公司
- 開發單位：中國科學院工程災害等實驗室
- 採用技術：GPU並行技術
- 數值計算方法：以連續或非連續介質力學為基礎
基本信息,簡介,特點,工程套用,技術支持,
基本信息
簡介
GDEM是中國科學院非連續介質力學與工程災害聯合實驗室與北京極道成然科技有限公司聯合開發的力學分析系列軟體，以基於連續介質力學的離散元方法（CDEM）為基礎，以高性能圖形處理器（GPU）為依託，將計算速度提升了兩個數量級，將計算規模提升了一個數量級。該軟體實現了從連續變形到破裂運動的全過程模擬，可廣泛套用於岩土、採礦、隧道、油氣、水利、地質、結構等多個領域的材料漸進破壞模擬及整體穩定性評價。GDEM代表了數值分析軟體的發展趨勢，即連續與非連續的統一計算，這主要歸功於中科院力學研究所非連續介質力學實驗室長達14年的不懈探索。
特點
目前的數值計算方法主要包括兩類：一類以連續介質力學為基礎，模擬材料的連續變形及塑性破壞，主要包括有限元及有限差分等兩種方法。另一類以非連續介質力學為基礎，用於模擬散體系統的運動、碰撞特性，主要包括塊體離散元及顆粒離散元等兩種。
有限元法的商用軟體包括：ANSYS、ABAQUS、PATRAN&NASTRAN、MARC、MIDAS- GTS、Plaxis、Z_Soil2D/3D等；有限差分法的商用軟體主要為ITASCA公司的FLAC及FLAC3D軟體。有限元法及有限差分法能夠較好地模擬材料在連續狀態下的特性，但不能模擬材料從連續到非連續的過程及在非連續狀態下的運動特性。
塊體離散元的商用軟體包括ITASCA公司的UDEC及3DEC，DDA（石根華教授的科研軟體）等；顆粒離散元的商用軟體包括ITASCA公司的PFC及PFC3D等。塊體離散元及顆粒離散元在模擬非連續體的運動特性方面具有一定的優勢，但較難模擬材料的連續變形過程。
而GDEM軟體的核心算法是CDEM(Continuum-based Discrete Element Method)，是中國科學院力學研究所非連續介質力學與工程災害聯合實驗室提出的適用於模擬材料在靜、動載荷作用下非連續變形及漸進破壞的一種數值算法，已經在岩土工程、採礦工程、結構工程及水利水電工程等多個領域廣泛套用。GDEM軟體將有限元與離散元進行耦合，在塊體內部進行有限元計算，在塊體邊界進行離散元計算，不僅可以模擬材料在連續狀態下及非連續狀態下的變形、運動特性，更可以實現材料由連續體到非連續體的漸進破壞過程。
GDEM還採用了GPU高性能計算技術。 GPU是圖形處理器的簡稱，是計算機顯示卡的核心部件，是天然的高性能並行處理器。GPU往往用於大型三維場景遊戲的實時顯示，介於GPU的高效率並行機制，目前科研界已經開始將GPU技術套用於工程計算領域。
因此，GDEM軟體不僅計算精度高，而且計算速度快、計算規模大。以GPU中檔配置（NVIDIA GeForce 285）為例，可支持千萬量級自由度的並行計算，且每一萬個單元計算一萬個時間步的耗時僅為5秒。GDEM解決了連續和非連續統一計算的難題，計算速度是普通商用軟體的一百倍，能夠高效的計算大規模問題。GDEM走在了國際數值計算領域的最前列，並且擁有完全獨立的自主智慧財產權，讓中國與世界站在了同一起跑線上。
工程套用
1、邊坡的穩定性分析、支擋結構的最佳化設計及成災規模的模擬；
2、公路、鐵路、捷運隧道的最佳化設計，支護方案的優選；
3、爆破開採隧道的破壞過程及爆破效果模擬；
4、複合地基承載力分析；
5、高層建築在地震作用下的破壞狀態及成災規模模擬；
6、鋼筋混凝土中應力波的傳播及無損探傷的正演模擬；
7、冷卻塔、煙囪、高層建築的拆除爆破等；
8、地下開採中，豎井、巷道穩定性穩定性分析及支擋結構的最佳化設計；
9、煤層開採過程中突出事故的力學分析及預測；
10、露天礦邊坡穩定性分析及爆破開採的爆破方案最佳化設計；
11、露天開採與地下開採相互影響的力學分析；
12、尾礦庫的整體穩定性分析及發生失穩潰壩後的運動狀態模擬；
13、隧道掘進機（TBM）、割煤機或鑽機的破岩能力分析及鑽頭受力、磨損分析；
14、大、中、小型水庫的整體穩定性分析，水庫壩體發生管涌、潰壩的機率分析及潰壩過程模擬；
15、水庫兩岸高陡岩質邊坡的穩定性分析及成災規模的分析；
16、冰區海洋平台的振動特性及穩定性分析；
17、冰與結構相互作用過程中，凍的失效破壞過程模擬；
18、其他.......
技術支持
中國科學院非連續介質力學與工程災害聯合實驗室和北京極道成然科技有限公司對GDEM軟體提供全面的技術支持。
GDEM技術部落格對GDEM軟體提供網上技術支持，包括功能介紹、安裝使用、案例演示、購買諮詢等方面的信息和資料，用戶可以很方便的線上獲取幫助。
離散元論壇的GDEM專區提供相關問題的交流和討論。
