基于有限-离散元耦合法的新型GPGPU并行化接触检测算法

本文提出了一种基于三维有限-离散元耦合方法 (3D FDEM) 的接触检测新算法。接触检测包括两个阶段，邻域搜索和精细搜索。这两个阶段都与计算统一设备体系结构 (CUDA) 完全并行。与非二进制搜索 (NBS) 算法相比，所提出的邻域搜索算法对元素大小分布不敏感。为了避免在每个步骤中执行该算法，采用了有效的GPGPU (通用图形处理单元) 并行化降速算法。对于精细搜索，提出了 “正面” 和 “正面边缘” 的概念，该过程比3D分离轴算法大大简化，运行速度更快。进行了数值试验，以验证所提出算法的效率和有效性。结果表明，对于两个阶段，计算时间与潜在接触对的数量呈线性正比，而与单元尺寸分布无关。此外，通过使用NVIDIA Telsa V100，所提出的接触检测算法相对于原始Y3D版本在均匀和非均匀单元尺寸分布下的总体加速比分别可以达到1982.6和13,894.7。对于准静态和动态问题，模拟的断裂模式与NBS算法生成的结果均吻合良好，同时所提出的方法也可以用于2D FDEM和离散单元法 (DEM)。