基于GPU并行算法的海洋平臺(tái)及船舶結(jié)構(gòu)冰荷載的離散元分析.pdf

1、博士學(xué)位論文基于GPU并行算法的海洋平臺(tái)及船舶結(jié)構(gòu)冰荷載的離散元分析DiscreteElementSimuIationofIceLOadOnO仟shorePIatfOrmandShipHuBasedonGPUParaeIAIgorithm學(xué)號(hào)：11103002大連理工大學(xué)DaliallUIliVers時(shí)ofTeChnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要海冰對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物的影響是海冰工程問(wèn)題的重要組成部分，合理分析結(jié)構(gòu)冰荷載是海洋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2、、海冰防災(zāi)減災(zāi)的關(guān)鍵。因此，通過(guò)數(shù)值方法來(lái)研究海冰與海洋結(jié)構(gòu)的相互作用過(guò)程具有重要的理論研究及工程應(yīng)用價(jià)值。本文以海冰物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，針對(duì)不同類型海冰與海洋結(jié)構(gòu)的相互作用過(guò)程，建立了可模擬海冰破碎的離散單元模型，并在GPU并行計(jì)算平臺(tái)上對(duì)海冰與海洋結(jié)構(gòu)的相互作用過(guò)程進(jìn)行了大規(guī)模離散元數(shù)值分析。通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)冰荷載測(cè)量結(jié)果比較，驗(yàn)證了該離散元模型在模擬海冰工程問(wèn)題中的適用性及合理性。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的并行計(jì)算程序。本論文主要研究

3、內(nèi)容包括：(1)海冰與海洋結(jié)構(gòu)相互作用的離散單元模型的建立。采用梁?jiǎn)卧碚搧?lái)構(gòu)建海冰的離散元粘結(jié)模型，建立了海冰顆粒與三角形單元及圓錐形單元之間的接觸模型，通過(guò)設(shè)定模型中的細(xì)觀參數(shù)模擬了海冰試樣的單軸壓縮與三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。(2)離散元方法在海冰力學(xué)性質(zhì)模擬中計(jì)算參數(shù)的驗(yàn)證。分析了宏觀海冰力學(xué)性質(zhì)與細(xì)觀模型參數(shù)之間的影響關(guān)系，包括：數(shù)值模型中顆粒排列方式對(duì)力學(xué)性質(zhì)的影響；切向與法向接觸剛度比對(duì)試樣泊松比、彈性模量及壓縮強(qiáng)度的影響；分析了切向

4、與法向強(qiáng)度比和顆粒間摩擦系數(shù)二者共同對(duì)壓縮強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度的影響；利用GPU的并行計(jì)算能力，分析了顆粒粒徑對(duì)宏觀壓縮強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度的影響，研究了離散元模型中由顆粒粒徑引起的尺寸效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上建立了由海冰宏觀力學(xué)性質(zhì)確定離散元模型細(xì)觀參數(shù)的方法。(3)不同類型海洋平臺(tái)及船舶結(jié)構(gòu)冰荷載的離散元分析。對(duì)渤海JZ202ⅢQ平臺(tái)的錐形樁腿與JZ93MDP1系纜樁直立腿的冰荷載進(jìn)行了離散元分析，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比；同時(shí)將離散元計(jì)算結(jié)果與IS