Robust and efficient finite-difference-time-domain modelling of the propagation of nonlinear elastic waves Niezawodne i wydajne modelowanie propagacji nieliniowych fal sprężystych metodą różnic skończonych w dziedzinie czasu
A robust finite-difference-time-domain (FDTD ) scheme to model the
non-linear elastic wave propagation in a homogeneous isotropic material
is presented. A formulation based on rotated staggered grid scheme in
a displacement-velocity-stress configuration incorporating both geometric
and material nonlinearities is proposed. By adopting a Parsimonious
algorithm, the computational memory requirement is reduced by 50%. Simulations
are accelerated by exploiting massive data parallelism innate to
the FDTD approach using parallel computation on Graphical Processing
Units with NVIDIA CUDA ’s API. For the proposed numerical scheme, the
grid convergence criterion and accuracy over propagating distances are investigated.
The study is also extended to determine the contribution from
geometric and material models at various input amplitude levels. The time
and frequency domain signals obtained from the proposed scheme are verified
with a commercial finite element solver. The simulation runtimes
for an Aluminium sample of dimensions 20 mm x 10 mm using a 5 MHz
pulse is of the order of one minute, which makes the proposed numerical
scheme attractive to model nonlinear elastic waves in large domains.
W artykule przedstawiono odporny schemat metody różnic skończonych
w dziedzinie czasu (FDTD ) do modelowania propagacji nieliniowych fal
sprężystych w jednorodnym materiale izotropowym. Zaproponowano podejście
oparte na rotowanych siatkach przestawnych w układzie przemieszczenie-
prędkość-naprężenie obejmującym zarówno nieliniowość geometryczną,
jak i materiałową. Zastosowanie algorytmu redukcji oszczędnej,
zmniejszyło zapotrzebowanie na pamięć obliczeniową o 50%. Symulacje są
przyspieszane przez wykorzystanie olbrzymiego paralelizmu danych wbudowanego
w podejście FDTD z wykorzystaniem obliczeń równoległych
na jednostkach przetwarzania graficznego (GPU) wyposażonych w interfejs
API NVIDIA CUDA . Dla proponowanego schematu numerycznego
badane jest kryterium zbieżności siatki i dokładność w funkcji odległości
propagacji. Badanie rozszerzono również w celu określenia wkładu modeli
geometrycznych i materiałowych na różnych poziomach amplitudy
wejściowej. Sygnały w dziedzinie czasu i częstotliwości uzyskane z proponowanego
schematu są weryfikowane za pomocą komercyjnego oprogramowania
wykorzystującego metodę elementów skończonych. Czasy
pracy dla symulacji propagacji impulsu o częstotliwości 5 MHz w próbce
aluminium o wymiarach 20 mm x 10 mm są rzędu jednej minuty, co sprawia,
że proponowany schemat liczbowy jest atrakcyjny dla modelowania
nieliniowych fal sprężystych w dużych domenach.
Ta witryna wykorzystuje pliki cookies do przechowywania informacji na Twoim komputerze. Pliki cookies stosujemy w celu świadczenia usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim komputerze. W każdym momencie możesz dokonać zmiany ustawień dotyczących cookies
Informacja
SZANOWNI CZYTELNICY!
UPRZEJMIE INFORMUJEMY, ŻE BIBLIOTEKA FUNKCJONUJE W NASTĘPUJĄCYCH GODZINACH:
Wypożyczalnia i Czytelnia Główna: poniedziałek – piątek od 9.00 do 19.00