【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于力学数值模拟，涉及一种基于openmp的态型近场动力学模拟的并行实施方法。
技术介绍
1、材料和结构变形及破坏的计算机力学数值模拟一直是传统数值方法面临的一个难题，传统有限元方法在处理大变形或失效问题时存在一定局限性，会出现网格奇异的问题。近场动力学(peridynamics，简称pd)是近年来兴起的一种基于非局部作用思想的理论方法，其采用积分方程代替微分方程建模，避免了连续介质力学在不连续处面临的奇异性问题，在模拟大变形或破坏问题上有独特的优势。但由于近场动力学是一种非局部理论，需要将结构离散为一系列包含物质信息的物质点，一个物质点会与其邻域范围内数十个乃至上百个物质点发生相互作用，进一步需要搜索每个物质点邻域范围内的，与其相互作用的其他物质点，同时，在求解计算过程中，为了保证数值准确性和稳定性还需要进行大量的迭代求解。因此，近场动力学在实际数值模拟中面临着计算复杂度高计算量大等问题，这无疑会有碍于近场动力学的进一步发展和实际应用。
2、并行计算是目前扩大计算规模和加快计算速度的重要途经，开展近场动力学数值模拟的并行计算研究可以有效扩大计算规模和提高计算速度。目前，近场动力学数值模拟的并行计算研究采用的方法主要有mpi并行、基于gpu和cuda的多线程并行等，但这些方法的实现过程较为复杂，且对计算设备要求较高。openmp(open multi-processing)是一套用于共享内存并行系统多线程程序设计的指导性注释(compiler directive)，是为共享内存的多处理器系统设计的并行编程方
3、近场动力学方法兴起于2000年，目前存在两个理论分支：键型近场动力学理论和态型近场动力学理论。其中态型近场动力学理论突破了键型近场动力学理论对传统材料建模的局限，更具先进性。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出基于openmp的态型近场动力学模拟的并行实施方法，解决近场动力学方法在模拟运算中计算效率低的问题，且弥补键型近场动力学的不足，更好的发挥态型近场动力学在计算连续及不连续问题的应用优势。
2、本专利技术解决技术的方案是：基于openpm的态型近场动力学模拟的并行实施方法，包括以下步骤：
3、s1、建立所要计算的结构模型，将所建立的结构模型均匀离散成一系列间距为δx的包含物理信息的物质点；
4、s2、采用串行方式对物质点的各物理信息进行初始化；
5、s3、确定近场半径δ，并行执行：遍历每个物质点近场范围内的其他物质点，确定各物质点存在相互作用的物质点；
6、s4、根据物质点及其近场范围内存在相互作用的物质点的初始位置信息，计算各物质点的形张量k；
7、s5、确定时间步长，将所要计算的材料结构变形或失效过程分为若干时间步，执行包括步骤s6～s11的迭代计算；
8、s6、在当前时间步下，对物质点所受的载荷进行施加；
9、s7、在当前时间步下，根据形张量k并行计算载荷施加后每个物质点的稳定力状态tc；
10、s8、在当前时间步下，将稳定力状态tc代入态型近场动力学运动方程，并行计算每个物质点的加速度，若仅需材料结构变形计算，进入步骤s10，若需失效过程计算，进入步骤s9；
11、s9、在当前时间步下，根据临界伸长率准则判断物质点间键断裂情况，由物质点间键断裂情况得到损伤指数，进入s10；
12、s10、在当前时间步下，根据s8计算的加速度对物质点的速度、位移采用verlet积分法进行并行迭代更新，得到各物质点的位置；
13、s11、在当前时间步下，保存计算出的位置和损伤指数；
14、s12、循环s6-s11，直至达到规定的时间步时，计算结束。
15、进一步的，s1具体包括：步骤s1串行执行，建立结构模型并将其均匀离散成间距为δx的一系列物质点，输入材料参数，包括密度ρ、弹性模量e、泊松比ν，各物质点的位置信息、应力、加速度、速度、位移以及材料参数作为离散物质点的物理信息。
16、进一步的，s2具体包括：步骤s2串行执行，对物质点的应力、加速度、速度、位移、以及两个物质点间键断裂与否情况进行初始化。
17、进一步的，s3具体包括：步骤s3并行执行，当两个物质点间距离小于近场半径δ，具有相互作用，搜索每个物质点近场范围内的相互作用的物质点，确定各物质点与其相互作用的物质点数目并存放neighbornum数组中。
18、进一步的，步骤s3串行执行，所述各物质点的形张量k，计算方式为：
19、
20、其中，w(|xa→b|)为影响函数，xa→b为初始时物质点a、近场范围内物质点b点的相对位置，xa→b＝xb-xa，xb物质点b的位置，xa物质点a的位置，为物质点a的近场范围，为物质点b的体积，为物质点a的的形张量k。
21、进一步的，步骤s6串行执行，根据材料所受的载荷形式进行施加，施加的载荷形式为位移载荷。
22、进一步的，步骤s7并行执行，所述每个物质点的稳定力状态tc，计算方式为：
23、计算近场范围内物质点b对物质点a的力状态t(xa，xa→b)：
24、
25、其中，为物质点a的形张量k，为物质点a的第一piola-kirchhoff应力：非局部变形梯度f由下式得到：其中ya→b为由于施加载荷发生变形后物质点a、物质点b的相对位置，σ为cauchy应力，根据结构的本构方程计算得到；
26、根据零能控制方程计算近场范围内物质点b对物质点a的力状态修正值ts(xa，xa→b)：
27、
28、其中，为弹性系数张量，za→b变形状态的非均匀部分；
29、物质点a的稳定力状态tc(xa，xa→b)＝t(xa，xa→b)+ts(xa，xa→b)；
30、执行步骤s7时，对涉及到的do循环体，增添openmp编译制导语句进行并行化处理。
31、进一步的，步骤s8并行执行，所述每个物质点的加速度，计算方式为：
32、根据态型近场动力学的运动方程：
33、
34、求解出来的ü就是当前时间步下物质点a的加速度，其中，b为单位体积物质所受的外载荷，ρa为物质点a的密度。
35、进一步的，步骤s9串行执行，所述根据临界伸长率准则判断物质点间键断裂情况，具体为：
36、
37、
38、其中s表示物质点间键的相对伸长率，μ为表征物质点间键是否断裂的函数，s0为键的临界伸长率，与断裂能有关。
39、进本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于OpenPM的态型近场动力学模拟的并行实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于OpenMP的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，S1具体包括：步骤S1串行执行，建立结构模型并将其均匀离散成间距为ΔX的一系列物质点，输入材料参数，包括密度ρ、弹性模量E、泊松比ν，各物质点的位置信息、应力、加速度、速度、位移以及材料参数作为离散物质点的物理信息。
3.根据权利要求1所述基于OpenMP的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，S2具体包括：步骤S2串行执行，对物质点的应力、加速度、速度、位移、以及两个物质点间键断裂与否情况进行初始化。
4.根据权利要求1所述基于OpenMP的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，S3具体包括：步骤S3并行执行，当两个物质点间距离小于近场半径δ，具有相互作用，搜索每个物质点近场范围内的相互作用的物质点，确定各物质点与其相互作用的物质点数目并存放neighborNum数组中。
5.根据权利要求1所述基于OpenMP的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于
6.根据权利要求1所述基于OpenMP的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，步骤S6串行执行，根据材料所受的载荷形式进行施加，施加的载荷形式为位移载荷。
7.根据权利要求5所述基于OpenMP的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，步骤S7并行执行，所述每个物质点的稳定力状态Tc，计算方式为：
8.根据权利要求7所述基于OpenMP的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，步骤S8并行执行，所述每个物质点的加速度，计算方式为：
9.根据权利要求1所述基于OpenMP的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，步骤S9串行执行，所述根据临界伸长率准则判断物质点间键断裂情况，具体为：
10.根据权利要求8所述基于OpenMP的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，在步骤S10速度、位移更新中，对涉及到的DO循环体，增添OpenMP编译制导语句进行并行化处理，速度、位移的迭代更新方式为：
...【技术特征摘要】
1.基于openpm的态型近场动力学模拟的并行实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于openmp的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，s1具体包括：步骤s1串行执行，建立结构模型并将其均匀离散成间距为δx的一系列物质点，输入材料参数，包括密度ρ、弹性模量e、泊松比ν，各物质点的位置信息、应力、加速度、速度、位移以及材料参数作为离散物质点的物理信息。
3.根据权利要求1所述基于openmp的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，s2具体包括：步骤s2串行执行，对物质点的应力、加速度、速度、位移、以及两个物质点间键断裂与否情况进行初始化。
4.根据权利要求1所述基于openmp的态型近场动力学模拟并行实施方法，其特征在于，s3具体包括：步骤s3并行执行，当两个物质点间距离小于近场半径δ，具有相互作用，搜索每个物质点近场范围内的相互作用的物质点，确定各物质点与其相互作用的物质点数目并存放neighbornum数组中。
5.根据权利要求1所述基于openmp的态型近场动力学...
【专利技术属性】
技术研发人员：程文霞，方常青，吕志超，王静宜，张鎏琳，袁斌，凌晟，
申请(专利权)人：上海新力动力设备研究所，
类型：发明
国别省市：
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