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A GPU-accelerated three-dimensional element-based peridynamic contact modeling framework
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AI
DOI：10.1016/j.cma.2026.119268.png)
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摘要
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在复杂三维（3D）扩展有限元（PD）模拟中，针对不同接触场景实现准确且稳定的接触建模仍具挑战性。本研究提出了一种基于GPU加速的三维单元基PD接触建模框架（3D-EBCM）。该框架在当前构型中重构有限局部微接触面，并基于接触粒子的局部增量PD响应确定法向和切向接触刚度。随后建立考虑接触刚度的临界时间步长估计。3D-EBCM接触流程通过结合背景网格辅助候选搜索的键-粒子映射策略在GPU上实现。两个圆柱体基准测试的结果与所考察材料刚度比和粒子分辨率下的赫兹解吻合良好。对于所考察的刚度比，峰值接触压力误差约为1%，而穿透率在基准测试案例中均保持在约1%。GPU加速的接触流程相较于串行CPU实现总体加速比达到99.1–263.0。通过冲击接触、摩擦接触和滚动接触实例进一步评估了该方法。采用低于估计临界值的时间步长获得的冲击接触结果再现了实验观察到的断裂模式，支持了针对稳定固定时间步长选择的接触相关临界时间步长估计。摩擦接触结果与有限元结果一致，而滚动接触结果则与相应的赫兹和卡特解一致。该方法还捕捉了损伤诱导的接触力重分布以及蠕变、表面裂纹和表面不规则性的影响，并解析了两个同时存在且空间分离的滚动接触区域。
Keyword:
Peridynamics
Contact modeling
Damage evolution
Three-dimensional simulation
GPU acceleration
期刊
IF:
7.3
论文数:
1.3W
被引数:
5.6W
机构
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