The emerging demand for advanced structural and biological materials calls for novel modeling tools that can rapidly yield high-fidelity estimation on materials properties in design cycles. Lattice spring model (LSM), a coarse-grained particle spring network, has gained attention in recent years for predicting the mechanical properties and giving insights into the fracture mechanism with high reproducibility and generalizability. However, to simulate the materials in sufficient detail for guaranteed numerical stability and convergence, most of the time a large number of particles are needed, greatly diminishing the potential for high-throughput computation and therewith data generation for machine learning frameworks. Here, we implement CuLSM, a GPU-accelerated CUDA C++ code realizing parallelism over the spring list instead of the commonly used spatial decomposition, which requires intermittent updates on the particle neighbor list. Along with the image-to-particle conversion tool Img2Particle, our toolkit offers a fast and flexible platform to characterize the elastic and fracture behaviors of materials, expediting the design process between additive manufacturing and computer-aided design. With the growing demand for new lightweight, adaptable, and multi-functional materials and structures, such tailored and optimized modeling platform has profound impacts, enabling faster exploration in design spaces, better quality control for 3D printing by digital twin techniques, and larger data generation pipelines for image-based generative machine learning models.
翻译:对先进的结构材料和生物材料的新兴需求需要新型模型工具,这些工具可以迅速产生对设计周期中材料特性的高纤维估计。拉蒂丝春季模型(LSM)是一个粗糙的粒子春季网络,近年来人们越来越注意预测机械特性和洞察断裂机制,高可复制性和通用性。然而,为了充分详细模拟材料,以保证数字稳定性和趋同,大多数时候需要大量粒子,大大降低高通量计算和生成机器学习框架数据的潜力。在这里,我们实施了CULSM(GPU加速的CUDA C++D代码),在春季列表中实现平行,而不是常用的空间分解,这需要间歇性更新粒子生成相邻清单。除了图像到粒子转换工具IMG2P粒子粒子,我们的工具包提供了一个快速和灵活的平台,用以描述材料的弹性和断裂性行为,加快添加剂的制造和计算机辅助设计之间的设计过程。随着对新型轻度、适应性、适应性、多功能化的双向型模型的模型、更优化的模型和多功能化的打印数据结构结构结构的不断增长的需求,我们可以通过数字化的模型、更精确的模型、更精确的模型、更精确的模型、更精确的、更精确的模型、更精确的、更精确的、更精确的模型的模型化的模型化的模型化的模型的模型化的模型的模型的模型的打印化的模型和多功能的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型和模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的