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任意形態顆粒離散元方法(精)

作者：季順迎//王嗣強|責編:劉信力//孔曉慧
出版社：科學
ISBN：9787030770615

出版日期：2024/03/01
裝幀：精裝
頁數：293

人民幣：RMB 198 元售價：元

內容大鋼

非規則幾何形態的顆粒材料在載入速率、約束條件等因素的影響下會呈現出非連續性、非均質性的複雜力學特性。為此，本書首先闡述離散元方法在幾何形態構造、單元接觸演算法、高性能並行計算的研究進展，還介紹了任意形態顆粒間的粘結-破碎模型、高性能GPU並行演算法以及軟體研發；最後對離散元方法在顆粒材料流動特性分析、著陸器和返回艙著陸過程、有硨鐵路道床沉降行為、極地海洋工程結構冰載荷數值計算等方面的應用展開了系統研究。
本書可作為從事顆粒材料動力分析、裝備結構優化設計的科研人員，以及高等院校相關專業的研究生或高年級本科生的參考用書。

作者介紹

季順迎//王嗣強|責編:劉信力//孔曉慧

前言
第1章  緒論
  1.1  任意形態顆粒的離散元方法
    1.1.1  基於函數表徵的任意形態顆粒離散元方法
    1.1.2  基於幾何拓撲的非規則顆粒離散元方法
    1.1.3  組合顆粒模型的非規則顆粒離散元方法
    1.1.4  新穎的任意形態顆粒離散元方法
  1.2  任意形態顆粒離散元方法的高性能計算
    1.2.1  球形顆粒的GPU並行演算法
    1.2.2  非規則顆粒的GPU並行演算法
  1.3  任意形態顆粒材料的工程應用
    1.3.1  有砟鐵路道床的動力特性分析
    1.3.2  離散元方法在海冰工程中的應用
  參考文獻
第2章  多面體離散元方法
  2.1  多邊形表面模型的幾何構造
    2.1.1  幾何建模方法
    2.1.2  數據結構
    2.1.3  質量和轉動慣量
  2.2  基於能量守恆理論的接觸力模型
    2.2.1  能量守恆接觸理論
    2.2.2  接觸能函數的選取
    2.2.3  接觸力的求解
  2.3  多面體離散元方法的演算法驗證
    2.3.1  接觸模型的參數敏感性分析
    2.3.2  複雜顆粒的彈性及非彈性碰撞驗證
    2.3.3  顆粒在複雜結構中的動力學行為分析
  2.4  小結
  參考文獻
第3章  擴展多面體離散元方法
  3.1  擴展多面體的單元構造
    3.1.1  基於閔可夫斯基和方法的擴展多面體單元
    3.1.2  質量及轉動慣量計算
  3.2  擴展多面體單元間的搜索判斷及接觸力模型
    3.2.1  幾何接觸演算法
    3.2.2  近似包絡函數演算法
  3.3  擴展多面體離散元方法的算例驗證
    3.3.1  單顆粒重力下落的離散元分析
    3.3.2  料鬥卸料過程的成拱效應
  3.4  小結
  參考文獻
第4章  超二次曲面離散元方法
  4.1  超二次曲面單元的構造
    4.1.1  基於連續函數包絡的超二次曲面單元
    4.1.2  質量及轉動慣量計算
  4.2  超二次曲面單元的搜索判斷及接觸力模型
    4.2.1  基於優化演算法的顆粒間重疊量計算
    4.2.2  顆粒與結構間的重疊量計算
    4.2.3  考慮等效曲率的非線性接觸力模型
  4.3  超二次曲面離散元方法的算例驗證

    4.3.1  橢球體碰撞的離散元模擬
    4.3.2  圓柱體堆積的試驗驗證
    4.3.3  顆粒材料的流動過程模擬
  4.4  小結
  參考文獻
第5章  球諧函數離散元方法
  5.1  球諧函數單元的構造
    5.1.1  球諧函數的方程表示
    5.1.2  Anm係數的求解方式
  5.2  非規則顆粒的水平集函數重構
    5.2.1  零水平集函數的構造方法
    5.2.2  空間水平集函數的構造方法
  5.3  基於水平集方法的搜索判斷及接觸力模型
    5.3.1  基於三線性插值方法的接觸點搜索
    5.3.2  多個接觸力的有效計算
  5.4  球諧函數離散元方法的算例驗證
    5.4.1  單個顆粒的彈性及非彈性碰撞驗證
    5.4.2  多個顆粒堆積的離散元模擬
  5.5  小結
  參考文獻
第6章  任意形態組合單元的離散元方法
  6.1  組合球體單元的離散元方法
    6.1.1  組合球體模型的幾何構造
    6.1.2  組合球體模型的運動求解
    6.1.3  組合球體單元間的接觸力計算
  6.2  組合擴展多面體單元的離散元方法
    6.2.1  組合擴展多面體模型的幾何構造
    6.2.2  組合擴展多面體模型的運動求解
    6.2.3  組合擴展多面體模型的接觸力計算
  6.3  組合超二次曲面單元的離散元方法
    6.3.1  組合超二次曲面單元的幾何構造
    6.3.2  組合超二次曲面單元的運動求解
    6.3.3  組合超二次曲面單元的接觸力計算
  6.4  任意形態組合單元離散元方法的算例驗證
    6.4.1  單個顆粒衝擊平面的解析解對比
    6.4.2  多個顆粒卸料過程的對比分析
    6.4.3  多個顆粒堆積過程的離散元模擬
    6.4.4  多個顆粒流動特性的對比分析
  6.5  小結
  參考文獻
第7章  任意形態單元間的粘結–破碎模型
  7.1  平行粘結–破碎模型
    7.1.1  球體顆粒的平行粘結模型
    7.1.2  擴展多面體的平行粘結模型
    7.1.3  粘結力和力矩的有效計算
  7.2  單元接觸的粘結–破碎模型
    7.2.1  剛體有限元方法
    7.2.2  考慮損傷和斷裂能的混合斷裂準則
    7.2.3  粘結節點的選取及粘結力的計算
  7.3  平行粘結–破碎模型的驗證

    7.3.1  單軸壓縮試驗的離散元分析
    7.3.2  三點彎曲試驗的離散元分析
    7.3.3  凍結道砟破碎特性的離散元模擬
  7.4  單元接觸的粘結–破碎模型的驗證
    7.4.1  顆粒運動穩定性
    7.4.2  粘結單元的破碎行為
    7.4.3  巴西盤劈裂試驗的離散元模擬
  7.5  小結
  參考文獻
第8章  基於GPU並行的高性能離散元計算及軟體研發
  8.1  任意形態顆粒間的鄰居搜索和接觸演算法
    8.1.1  空間網格劃分和重新排序
    8.1.2  接觸對列表及參考列表的創建方法
  8.2  基於GPU並行的CUDA演算法
    8.2.1  GPU架構及CUDA編程方案
    8.2.2  CUDAThrust庫中核函數的調用及離散元計算
  8.3  國內外離散元計算分析軟體發展現狀
    8.3.1  國外離散元軟體的發展現狀
    8.3.2  國內離散元軟體的發展現狀
  8.4  基於GPU並行的任意形態顆粒材料離散元計算分析軟體SDEM
    8.4.1  SDEM軟體的開發現狀
    8.4.2  SDEM軟體模擬百萬量級的大規模顆粒材料
    8.4.3  SDEM軟體模擬顆粒材料的流動過程
    8.4.4  SDEM軟體的GPU並行效率對比
    8.4.5  SDEM軟體模擬旋轉圓筒內顆粒的混合過程
  8.5  小結
  參考文獻
第9章  任意形態顆粒離散元方法的應用
  9.1  任意形態顆粒運動特性的離散元模擬
    9.1.1  筒倉內顆粒材料的流動狀態
    9.1.2  水平轉筒內顆粒材料的混合特性分析
    9.1.3  螺旋輸送機內顆粒材料的輸運過程
  9.2  著陸器和返回艙著陸中顆粒緩衝性能的離散元模擬
    9.2.1  衝擊載荷下顆粒材料的緩衝特性
    9.2.2  著陸器與返回艙著陸過程的離散元分析
  9.3  有砟鐵路道床動力特性的離散元模擬
    9.3.1  道砟材料的休止角試驗及離散元驗證
    9.3.2  道砟材料的直剪試驗及離散元驗證
    9.3.3  寒區有砟道床離散元分析
    9.3.4  往複載荷下有砟道床動力特性的離散元分析
  9.4  極地船舶及海洋工程的離散元模擬
    9.4.1  複雜海冰類型的離散元構造
    9.4.2  極地船舶航行冰載荷的離散元分析
    9.4.3  水下航行體冰區航行冰載荷的離散元分析
    9.4.4  極地海洋工程結構冰載荷的離散元分析
  9.5  小結
  參考文獻

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