国产高性能离散元软件MatDEM的研发与应用
国产高性能离散元软件MatDEM的研发与应用
刘春,杨泽荣,刘辉
南京大学地球科学与工程学院,江苏 南京 210023摘要: 离散元法(DEM)能够有效模拟岩土体的非连续性与大变形破坏过程,在工程领域具有广泛的应用前景。然而,离散元法在工程应用中面临三大核心挑战:精确建模难度大、多场耦合理论不完善以及计算效率低下。针对这些问题,国产高性能离散元软件 MatDEM 实现了以下创新突破:基于岩土体跨尺度建模方法与离散元宏微观转换公式,开发了离散元材料自动训练技术,显著降低了精确建模的复杂度;提出了离散元孔隙密度流法,实现了多场、流固耦合与溶质运移一体化数值模拟;采用原创的矩阵离散元计算法,高效处理数百万颗粒的大规模数值模拟。目前,MatDEM 已集成前处理、求解、后处理及扩展模块等核心功能,形成了完善的软件生态系统。经过十余年的持续研发与优化,软件已成功应用于地质灾害、岩土工程、矿业工程及油气开采等领域。未来,通过持续深化软件的工程场景适配能力,为我国防灾减灾与工程设计提供强有力的技术支撑。关键词: MatDEM;离散元法;数值模拟;多场耦合;工程应用图2 线弹性接触模型示意图。(a)正向力;(b)切向力。
图3 MatDEM的主程序页面
图4 MatDEM的理论技术创新和应用领域
图6 土体失水开裂数值模拟
图7 轮壤作用MatDEM-多体动力学联合仿真
刘春,杨泽荣,刘辉.国产高性能离散元软件MatDEM的研发与应用[J/OL].防灾减灾工程学报,1-8[2025-07-11].https://doi.org/10.13409/j.cnki.jdpme.20250326001.