3DEC V9.0新功能 | 运行速度大幅度提升

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1. 引言

早在一年前，在V9.0刚刚推出的时候，Itasca就声称3DEC V9.0的运行速度大幅度提升，为此在去年4月1日的文章中，认认真真地作了一个速度测试【测试---三维离散元3DEC V7.0与V9.0运行速度的真实比较】，当时V7使用的是151版本(7/6/2022)，V9使用的是158版本(3/9/2023)。不过测试结果显示V7和V9的运行速度没有显著差异，V7甚至比V9的运行速度还更快一些。

这也不能全怪Itasca，许多软件公司都采用了相似的手法，为了吸引用户，提前释放一些还没有完成甚至还在计划或构想中的功能，至少在158版本中3DEC还没有实现所说的速度提升。

3DEC V9.0 (9.00.166, 1/18/2024)的速度改进归功于软件的各种增强功能，包括优化的算法和更好地利用多线程。下面所述的运行速度提升功能全部是Itasca声称的，未经过实际检验。这一次懒得再进行专门测试了，它说提升了就算提升了吧，以后在实践中慢慢体会。

2. 求解稳态模型的速度提高了10倍

模型中的稳态是所有变量不随时间变化的情况。在岩土分析中，这通常指模型中的应力、应变和位移稳定的点。达到这种状态通常是分析过程中的关键步骤，因为它为后续动态或瞬态分析提供了稳定的起点。Itasca声称，3DEC V9.0与以前的版本相比，求解稳态模型速度提高了10倍，这意味着模型达到稳定状态所需的时间可以显著减少。下图所示的是Itasca演示的例子。

3. 动态时步高达3倍

3DEC的动态分析涉及求解运动方程，其中显式求解方案假设信息在一个时间步内传播的距离不能超过一个单元。在复杂的节理系统中，非常小的块或单元通常需要非常小的时步来保证显式算法的数值稳定性，使得一些动态解决方案极其耗时。Itasca声称3DEC V9.0的动态时步与之前的版本相比大3倍，这意味着动态模拟中使用的时间增量可以更大，这可以显著加快动态分析的计算时间。下图所示的是Itasca演示的一个大坝的动力分析。

通过使用部分密度缩放，也可以增加时间步长，同时保持系统惯性的变化可以忽略不计。例如，没有任何缩放的动态分析所需的时间步长可能是 1.005e-6 秒。使用部分密度缩放，时间步长可以增加到 5e-6 秒，而系统总质量仅增加 5%。这样可以加快计算速度，而不会显着影响结果的准确性。

动力模型(Dynamic Model)是Itasca软件的一个附加模块，用于处理动力载荷以及岩土地震工程问题【FLAC3D的自由场边界(Free-Field Boundaries)】，这个模块包括在FLAC2D/FLAC3D和UDEC/3DEC中。动力计算需要首先执行命令model config dynamic。dynamic模型的FISH和Python函数主要用来控制程序的运行，函数格式和使用方法与蠕变模型基本相同【蠕变模型的FISH和Python函数(Creep Model)】。

(1) Dynamic FISH

dynamic.active

dynamic.cycle

dynamic.safety.factor

dynamic.solve(STR)

dynamic.step

dynamic.time.total

dynamic.timestep

dynamic.timestep.given

dynamic.timestep.max

block.gp.mass.dynamic(BGP_PNT)

gp.dynamic.mul(GP_PNT)

gp.dynamic.timestep(GP_PNT)

zone.dynamic.mul(ZONE_PNT) [旧的格式gp_dynmul]

zone.dynamic.time.total(ZONE_PNT) [旧格式dytime]

zone.dynamic.timestep [旧格式dydt]

struct.node.dynamic.timestep(STRUCT_NODE_PNT)

(2) Dynamic Python

itasca.zone.dynamic_time_total

itasca.zone.dynamic_timestep

itasca.zone.set_dynamic_time_total

itasca.zone.set_dynamic_timestep

4. 保存和恢复模型的速度提高了4倍

“model save”命令用于保存所有模型状态信息，保存的状态包括任何定义的 FISH 函数/变量、历史记录、表和其他模型分量。“model restore”命令用于从先前保存的状态恢复程序状态信息。以前对于大的模型，这两个操作的时间非常慢，Itasca声称在最新版本的 3DEC V9.0中，保存和恢复模型操作的速度明显加快，与以前的版本相比，保存和恢复模型的速度快4倍，这种速度的提高可以极大地提高工作效率，特别是对于更大、更复杂的模型。

5. 多线程绘图速度提高了5倍

3DEC 中的多线程绘图是一项可显著提高绘图速度的功能。在最新版本 3DEC V9.0中，多线程绘图速度比以前的版本快5倍，这意味着该软件可以使用多线程来生成绘图，可以大大提高可视化模型的效率和速度【Itasca软件的多线程处理(multi-thread processing)】。

来源：计算岩土力学