项目名称: 裂隙岩体三维并行自适应扩展有限元模拟与验证

项目编号: No.11272330

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 张友良

作者单位: 中国科学院武汉岩土力学研究所

项目金额: 82万元

中文摘要: 针对大型岩体工程三维数值分析中的结构面描述与模拟、计算误差控制、存储瓶颈和时间瓶颈等问题,提出采用三维并行自适应扩展有限元(XFEM)的求解方法,解决方法中遇到的问题。采用水平集方法描述空间裂纹及其扩展轨迹。针对裂隙岩体非连续性和奇异性等特点,提出并实现高精度的XFEM后验误差估计方法和hp型网格自适应策略。采用FETI型区域分解算法实现高性能并行扩展有限元,构造界面方程预条件子,实现快速收敛的迭代算法。提出自适应扩展有限元的负载监测、负载调整和负载转移等算法,实现计算中动态负载平衡。建立描述自适应网格、FETI算法和动态负载平衡算法的高效数据结构。采用面向对象并行编程技术和消息传递界面(MPI),在已有程序基础上扩展,开发三维自适应扩展有限元并行程序。采用多种手段调试和验证程序,最终实现大型岩土工程在深腾7000等超级并行机上计算,为稳定性分析和安全评价提供技术支撑,推广高性能并行计算。

中文关键词: 裂隙岩体;自适应计算;并行计算;数值流形法;T样条

英文摘要: With regard to the numerical computation of large scale rock engineering, three-dimensional parallel adaptive extended finite element method is suggested to solve the issues of geological structures' description and simulation, the control of computational errors, and the bottleneck problems of memory limitations and computing time, and efforts will be made to solve the problems emerged in the method. Level set method is adopted to represent mathmatically the cracks and its propogation. After analyzing the discontinity and sigularity of fractured rock masses, proper error estimation method and hp adatptive strategies will be proposed and implementation will be made.FETI-type domain decomposition method is used to achieve high performance parallel extended finite element method. Preconditioners of the interface equations in FETI will be defined and fast convergent iterative method will be accomplished. Load monitoring, load adjustment and load transfer algorithms will be proposed to fulfill dynamic load balancing in adaptive extended finite elment method. Efficient data structures for adaptive mesh refinement, FETI algorithm, and dynamic load balancing will be constructed. On the basis of the 2D code written by the principal investigator, 3D adaptive parallel extended finite element code will be developed using o

英文关键词: fractured rock mass;self-adaptive computing;parallel computing;numerical manifold method;T Spline

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