Ordinary state-based peridynamic (OSB-PD) models have an unparalleled capability to simulate crack propagation phenomena in solids with arbitrary Poisson's ratio. However, their non-locality also leads to prohibitively high computational cost. In this paper, a fast solution scheme for OSB-PD models based on matrix operation is introduced, with which, the graphics processing units (GPUs) are used to accelerate the computation. For the purpose of comparison and verification, a commonly used solution scheme based on loop operation is also presented. An in-house software is developed in MATLAB. Firstly, the vibration of a cantilever beam is solved for validating the loop- and matrix-based schemes by comparing the numerical solutions to those produced by a FEM software. Subsequently, two typical dynamic crack propagation problems are simulated to illustrate the effectiveness of the proposed schemes in solving dynamic fracture problems. Finally, the simulation of the Brokenshire torsion experiment is carried out by using the matrix-based scheme, and the similarity in the shapes of the experimental and numerical broken specimens further demonstrates the ability of the proposed approach to deal with 3D non-planar fracture problems. In addition, the speed-up of the matrix-based scheme with respect to the loop-based scheme and the performance of the GPU acceleration are investigated. The results emphasize the high computational efficiency of the matrix-based implementation scheme.


翻译:常规态近场动力学(OSB-PD)模型在模拟任意泊松比固体中的裂纹扩展现象方面具有卓越能力。然而,其非局部特性也导致计算成本极高。本文提出了一种基于矩阵运算的OSB-PD模型快速求解方案,并利用图形处理器(GPU)加速计算。为便于对比验证,同时介绍了基于循环运算的常用求解方案,并开发了基于MATLAB的自研软件。首先,通过悬臂梁振动问题的求解,比较循环与矩阵方案的计算结果与有限元软件所得数值解以验证方案有效性。随后,模拟两个典型动态裂纹扩展问题以说明所提方案在动态断裂求解中的有效性。最后,采用矩阵方案开展Brokenshire扭转实验模拟,实验与数值断裂试件形态的相似性进一步证明了该方法处理三维非平面断裂问题的能力。此外,研究了矩阵方案相较于循环方案的加速比及GPU加速性能,结果凸显了矩阵实现方案的高计算效率。

0
下载
关闭预览

相关内容

MATLAB 是 Matrix Laboratory 的缩写,是一款由美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件。是一种适用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月2日
VIP会员
最新内容
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:33
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:43
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:38
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:32
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:21
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员