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

2、、海冰防災(zāi)減災(zāi)的關(guān)鍵。因此，通過數(shù)值方法來研究海冰與海洋結(jié)構(gòu)的相互作用過程具有重要的理論研究及工程應(yīng)用價值。本文以海冰物理力學(xué)性質(zhì)試驗為基礎(chǔ)，針對不同類型海冰與海洋結(jié)構(gòu)的相互作用過程，建立了可模擬海冰破碎的離散單元模型，并在GPU并行計算平臺上對海冰與海洋結(jié)構(gòu)的相互作用過程進行了大規(guī)模離散元數(shù)值分析。通過與現(xiàn)場冰荷載測量結(jié)果比較，驗證了該離散元模型在模擬海冰工程問題中的適用性及合理性。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了相應(yīng)的并行計算程序。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。采用梁單元理論來構(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，通過設(shè)定模型中的細觀參數(shù)模擬了海冰試樣的單軸壓縮與三點彎曲試驗。(2)離散元方法在海冰力學(xué)性質(zhì)模擬中計算參數(shù)的驗證。分析了宏觀海冰力學(xué)性質(zhì)與細觀模型參數(shù)之間的影響關(guān)系，包括：數(shù)值模型中顆粒排列方式對力學(xué)性質(zhì)的影響；切向與法向接觸剛度比對試樣泊松比、彈性模量及壓縮強度的影響；分析了切向

4、與法向強度比和顆粒間摩擦系數(shù)二者共同對壓縮強度與彎曲強度的影響；利用GPU的并行計算能力，分析了顆粒粒徑對宏觀壓縮強度與彎曲強度的影響，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)確定離散元模型細觀參數(shù)的方法。(3)不同類型海洋平臺及船舶結(jié)構(gòu)冰荷載的離散元分析。對渤海JZ202ⅢQ平臺的錐形樁腿與JZ93MDP1系纜樁直立腿的冰荷載進行了離散元分析，并與現(xiàn)場實測結(jié)果進行了對比；同時將離散元計算結(jié)果與IS