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南京大学刘春教授高性能离散元MatDEM产品介绍

2021-01-05 14:19:47 NJTST 538

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      MatDEM采用创新的GPU矩阵计算法和三维接触算法,实现了每秒1500万次三维单元运动计算(二维4000万),计算单元数和计算速度达到了国外商业软件的30倍以上(300万三维单元,1000万二维单元)。软件实现了自动堆积建模,分层赋材料,节理面和荷载设置,丰富的后处理功能和二次开发等。研究生通过简单学习即可完成地质和岩土工程大规模离散元模拟。


目前,MatDEM软件主要包括以下两大模块:
A系统模块。

1)主程序。运行二次开发代码和查看模拟参数;

2)后处理。自动生成各类场图,过程曲线和模拟动画;

3)材料。自动训练具有特定力学性质的离散元材料。


B应用模块。

包含各类地质和岩土工程问题的建模示例,可修改示例二次开发代码建立新的数值模型。

其中滑坡示例和离散元试验室示例已形成窗口界面。

随着MatDEM的发展,将不断增加新的模块,满足各类复杂工程应用需求。


软件下载请见:http://matdem.com/content/?594.html

软件已发表论文:http://matdem.com/content/?593.html

软件教程:http://matdem.com/content/?676.html

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MatDEM自1.3版提供了本地语言支持。

基于访问数据,软件提供中文、英文、西班牙语、德语、法语和日语支持。

在程序运行时即可切换语言,无需重新安装MatDEM。帮助文件包括中文和英文版本。

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矩阵离散元MatDEM软件的英文含义是Fast GPU Matrix computing of Discrete Element Method。

软件名取其核心Mat和DEM,即矩阵离散元MatDEM。

MatDEM算得快是基于矩阵离散元法,其为整个软件的基础与核心。

这也是软件logo的由来,logo背景的正方网格代表矩阵计算和GPU的矩阵计算核心,中间为离散元的三个代表字母DEM,其中DM化为两个小球,通过E弹簧连接。

DEM三个字母即构成了离散元最简单的一种切向弹簧接触。

整体颜色采用科技蓝代表GPU高性能计算。

整个logo体现矩阵离散元GPU高性能计算的含义。




MatDEM主程序提供完善的二次开发功能,通过修改标准的示例建立复杂的离散元模型。

已提供滑坡,岩爆,撞击作用,桩土作用,滚刀破岩等一系列示例。

二次开发基于Matlab语言,每个模拟通常包括三个文件,一百多行的代码。

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MatDEM采用完全面向对象的方式来组织数据,数值模拟过程中所有计算数据均可随时保存和查看。

同时,导入保存的数据可以继续计算。

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英文版帮助窗口

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日语版材料窗口

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完善的后处理,包括数十种图件的自动生成,动画制作等。

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部分后处理功能(具体见程序帮助)

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选择文件自动生成GIF动画

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示例窗口


数值模拟器对应于user_BoxModel二次开发示例,用于结合代码了解MatDEM建模过程。

包括“几何建模”,“材料设置”,“数值计算”,“结果显示”四部分。

这个模块对应着主程序中二次开发代码user_BoxModel1-3三个文件。

为说明方便,采用3万单元三维模型进行演示。



以下为软件具体介绍:

几何建模,自动生成一定粒径分布的颗粒,并堆积和压实。

通过团簇模型建立不同形态的颗粒。通过可重叠的压力板施加真三轴围压。

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设置材料,岩土体离散元的接触关系和微宏观模型还需要进一步的深入研究,是非常好的研究课题。 

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分组赋材料,通过导入Excel表中的折线图来切割划分不同的层和组,并赋相应材料力学性质。

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连接编辑,通过导入Excel表中的折线图来设置裂隙、节理和软弱面等。

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3万单元二维模型和节理面。颗粒单元未显示,仅显示胶结连接。绿色线段代表胶结,空白为节理。

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荷载和计算,按组施加荷载,包括体力(重力),锁定坐标(自由度),初速度,位移和应力边界等。


通过二次开发命令集定义复杂的荷载和时间过程,完成数值模拟。


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自动选择CPU计算和GPU计算。

采用的GPU是四年前的产品。

采用创新的离散元矩阵计算法,单颗GPU的速度达到了CPU的30倍(目前70倍),可实现大规模离散元模拟。


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数值试验室对应于user_3AxialNew二次开发示例,用于结合代码了解MatDEM建模过程。

目前可实现常规三轴,固结和单轴压缩试验。

用于研究岩土体的微宏观力学性质。

右下方命令行处可见,MatDEM每秒完成310万次颗粒三维运动计算(目前已达到1400万)。

三维模拟单元数量上限150万,二维450万。

这个模块对应着主程序中二次开发代码user_AxialNew1-3三个文件。


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二维情况下,MatDEM每秒完成770万次颗粒运动计算(目前2000万+)。

二维模拟单元数量上限500万。


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