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慕课:《离散元方法与实践》开课通知

一、课程详情

 离散元法能有效地模拟岩土体的非连续性、不均匀性和大变形破环,在科研和生产实践中具有广泛的应用价值。

 本课程《离散元方法与实践》主要讲述了离散元法的基本原理及在地质岩土领域的应用,可供地质、岩土、水利、土木、矿山、物理等领域的科研和工程技术人员,以及高等院校高年级本科生和研究生参考学习。课程网址:https://www.icourse163.org/course/NJU-1207546805

二、课程概述

离散元法通过堆积和胶结一系列具有特定力学性质的颗粒来构建岩土体模型,并基于牛顿运动定律,模拟颗粒体系的运动和岩土体的变形破坏。《离散元方法与实践》课程基于南京大学自主开发的高性能三维离散元软件MatDEM,主要包括理论篇与实践篇两部分内容:理论篇主要介绍了颗粒离散元法的基本原理、算法实现,以及前处理、计算和后处理等流程;实践篇结合地质和岩土领域的实际需求,利用软件开展桩土作用、离散元试验、滑坡灾害等的数值模拟。
通过本课程的学习,能够从基础开始认识离散元法,基于MatDEM软件的示例,结合自身科研和工程问题开展离散元数值模拟;高级用户可通过二次开发,封装新的专业离散元软件。

软件、示例代码及相关文档可在本网站下载。课程助教为刘辉同学,课程交流QQ群为668903775。

三、授课目标

了解离散元法的应用领域;

学习离散元法的基本原理及算法实现;

掌握MatDEM的基本操作及帮助使用;

了解MatDEM的基本程序结构及数据结构;

掌握几何建模、材料设置及数值模拟的基本数值模拟流程;

学会模块化建模、基于数字图像/数字高程建模等常用几何建模过程;

学会常用荷载施加、阻尼及时间步等常用参数的自定义设置;

学会结合自身研究方向开展简单的数值模拟

四、课程大纲

01 离散元法的原理和实现

学习离散元法的基本原理及算法实现

课时

1.1 离散元法的应用和课程介绍

1.2 离散元法的基本原理和实现

1.3 单元的阻尼简谐振动

1.4 矩阵离散元计算法

02 MatDEM的基本结构

了解MatDEM的基本程序结构及数据结构

课时

2.1 软件基本操作和帮助文件

2.2 数据结构和单元类型

2.3 邻居矩阵和连接信息矩阵

2.4 弹性clump的原理和使用

2.5 matlab语言基础

03 几何建模和材料设置

掌握常用几何建模方法及裂隙节理设置

课时

3.1 建立初始数值模拟箱

3.2 模块化建模基础

3.3 基于数字图像建模

3.4 材料设置和自动训练材料

3.5 平衡模型

3.6 裂隙和节理的设置

04 荷载设置和数值计算

掌握常见位移应力荷载的施加及模拟参数的自定义和修改

课时

4.1 数值计算设置和数据文件保存

4.2 数值模型的边界条件和荷载

4.3 迭代计算参数设置及耗时估计

4.4 模拟参数的定义和修改

4.5 文件的压缩、保存和读取

05 后处理和系统函数

掌握常用后处理绘图函数及常用底层函数的使用

课时

5.1 后处理的窗口操作

5.2 后处理绘图函数

5.3 数据处理和曲线绘制

5.4 GPU计算设置和状态查看

5.5 系统函数与功能

06 岩土工程基础应用

了解岩土工程常见问题的离散元数值模拟

课时

6.1 桩土作用

6.2 盾构滚刀破岩

07 岩土体离散元试验

了解常规土工试验的数值模拟

课时

7.1 直剪试验数值模拟

7.2 真三轴试验和节理建模

08 复杂三维模型的建模

了解基于Tool_cut类的复杂几何模型的建模

课时

8.1 用数字高程定义三维层面

8.2 创建薄壳模型

8.3 建立三维边坡模型并模拟滑坡运动

09 动力作用数值模拟

了解动力作用问题阻尼参数的设置及常见动力作用的数值模拟

课时

9.1 陨石撞击地面

9.2 矿山斜坡爆破

10 多场耦合数值模拟

了解水分场、温度场等常见多场耦合的实现原理及使用

课时

10.1 地面沉降和地裂缝

10.2 能源桩热力耦合

 五、预备知识

Matlab基础

大学数学

六、参考资料

  1. 刘春. 2019. 地质与岩土工程矩阵离散元分析[M]. 北京:科学出版社.

  2. 季顺迎. 2018. 计算颗粒力学及其工程应用[M]. 北京:科学出版社.

  3. 孙其诚,王光谦. 2009. 颗粒物质力学导论[M]. 北京:科学出版社. 

七、常见问题

Q :  本课程使用哪个版本的MatDEM?

A :  本课程配套教材《地质与岩土工程矩阵离散元分析》,故使用MatDEM1.32Book版本,可在MatDEM官网下载。由于版本迭代原因及教学考虑,课程应用篇示例较简单,便于用户学习了解使用MatDEM软件,部分高级示例可参考后续版本示例。



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