- Tytuł:
-
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 - Autorzy:
-
Pandala, A.
Shivaprasad, S.
Krishnamurthy, C. V.
Balasubramaniam, K. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/107732.pdf
- Data publikacji:
- 2018
- Wydawca:
- Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
- Tematy:
-
Finite Difference Time Domain
Rotated Staggered Grid
Parsimonious Scheme
Nonlinear elastic waves
CUDA
GPU
metoda różnic skończonych w dziedzinie czasu
rotowane siatki przestawne
schemat redukcji oszczędnej
nieliniowe fale sprężyste - Opis:
-
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. - Źródło:
-
Badania Nieniszczące i Diagnostyka; 2018, 2; 11-21
2451-4462
2543-7755 - Pojawia się w:
- Badania Nieniszczące i Diagnostyka
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł