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A Coupled Material Point Method and Discrete Element Method Framework for Continuum-Slim Structure Interaction Modeling
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DOI：10.1002/nag.70133.png)
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摘要
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细长结构通常是薄壁或细长的，使用单一方法模拟其与连续介质的相互作用会因尺度不匹配而显著增加计算成本。为解决此挑战，本文提出了一种基于GPU加速的耦合材料点法（MPM）和离散元法（DEM）框架，用于模拟连续介质-结构相互作用。在该框架中，MPM模拟大变形连续介质的力学行为，而DEM捕捉细长结构的应力和变形。一种基于MPM背景网格的新型混合MPM–DEM接触模型能够高效处理细长结构与连续介质的相互作用。所提出的框架实现了DEM在MPM中的连续集成，有助于更精细地建模细长结构，并利用两种方法的优势。为评估DEM在细长结构建模中的可靠性以及MPM–DEM在捕捉连续介质与细长结构相互作用方面的有效性，考察了五个基准案例：斜面上的块体滑动、土工格栅拉伸试验、悬臂梁中的钢筋、金属丝网的冲压试验，以及碎屑流对柔性网屏障的冲击。结果表明，该框架具有显著准确的建模能力，可作为一种可靠的工具应用于岩土工程问题。
Keyword:
continuum-slim structure interaction
discrete element method
GPU acceleration
material point method
slim structure
