We introduce SoliDualSPHysics, a novel open-source and GPU-accelerated software that extends DualSPHysics to enable the numerical simulation of hyperelastic, finite-strain plastic, and brittle fracture behavior in deformable solids within a unified smoothed particle hydrodynamics (SPH) formulation. The software implements a total Lagrangian formulation for solid mechanics that allows direct application of external loads and boundary conditions, enabling independent solid mechanics simulations. Brittle fracture is modeled through a phase-field approach coupled with SPH, allowing crack initiation, propagation, and branching under dynamic loading without the need for additional criteria or local refinement. The framework also supports user-defined mathematical expressions to prescribe time- and space-dependent quantities, complementing the solid and fracture extensions and enhancing flexibility across existing and future DualSPHysics applications. Leveraging DualSPHysics' native CPU/GPU parallel architecture, the software achieves substantial computational acceleration for large-scale simulations, and the implementation is verified and validated against benchmark numerical problems and experimental data, demonstrating accuracy, robustness, and favorable scaling performance. Comprehensive implementation details and user documentation are provided to ensure reproducibility and to support further development by the community. The framework and source code are freely available through a public GitHub repository.


翻译:本文介绍SoliDualSPHysics,这是一款新颖的开源GPU加速软件,它扩展了DualSPHysics的功能,能够在统一的平滑粒子流体动力学(SPH)框架内对可变形固体中的超弹性、有限应变塑性及脆性断裂行为进行数值模拟。该软件实现了固体力学的完全拉格朗日描述,可直接施加外部载荷与边界条件,从而支持独立的固体力学模拟。脆性断裂通过相场方法与SPH耦合进行建模,能够在动态载荷下实现裂纹的萌生、扩展与分叉,而无需额外的判据或局部网格细化。该框架还支持用户自定义数学表达式来规定时空相关的物理量,这既补充了固体与断裂扩展功能,也增强了现有及未来DualSPHysics应用的灵活性。借助DualSPHysics原生的CPU/GPU并行架构,本软件在大规模模拟中实现了显著的计算加速。通过对基准数值问题与实验数据的验证与确认,证明了该实现具有准确性、鲁棒性及良好的扩展性能。我们提供了完整的实现细节与用户文档,以确保结果的可复现性并支持社区的后续开发。该框架及源代码已通过公共GitHub仓库开源发布。

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