开源代码(Open source code)大放送——工程计算与科学分析

 

由于计算机能力、存储器存储以及低成本和高分辨率数码相机的可用性的进步，数字图像相关（DIC）是目前用于测量材料变形的最常用的光学和非接触技术之一。罗马萨皮恩扎大学大地测量和地学系开发了一款名为py2DIC的免费开源二维DIC软件。该软件以Python实现，基于模板匹配方法，计算了受机械载荷的样品的二维位移和应变。在这项工作中，通过处理两组不同的实验数据，并将结果与其他三个著名的DIC软件包Ncorr、Vic-2D和DICe进行比较，来评估py2DIC的潜力。此外，进行了精度评估，将结果与固定在其中一个样品上的应变仪独立测量的值进行比较。结果证明了成功表征所研究材料变形机制的可能性，突出了每个软件包的优缺点。

 

 

 

 

 

这项工作的目的是介绍一种基于物质离散描述的开源软件的开发，该软件用于研究岩土材料的行为。该软件使用了面向对象编程技术，其方法论设计使用了三种不同的方法，即离散单元法（DEM），有限元法（FEM），格子几何方法(LGM)。这些方法是在C++中使用OOP设计模式的单个面向对象框架内实现的。原始工作的大部分内容主要是在不更改C++代码的情况下，找到适用于这些不同建模方法的通用对象。使用这种方法，只需插入相应的公式就可以添加新的数值模型。由此产生的YADE框架的优点如下：（1）在添加新的科学模拟代码时，通用设计提供了极大的灵活性；（2）许多模拟方法可以在同一框架内耦合，例如DEM/FEM；（3）通过开源哲学，用户社区协作并改进软件。YADE框架是一种新兴的软件，可以在http://yade.wikia.com网页。

 

 

 

 

 

 

在本文中，我们描述了OpenGeoSys（OGS）项目，这是一项用于多孔介质中热-水-机械化学过程数值模拟的科学开源计划。基本概念是提供一个灵活的数值框架（主要使用有限元法），用于解决多孔和裂隙介质中的多场问题，以应用于地球科学和水文。为此，OGS基于面向对象的FEM概念，包括用于前处理和后处理的广泛接口。OGS理念自80年代中期以来一直在发展中。我们提供了一个简短的历史注释，介绍了通过Fortran、C和C++实现。OGS背后的理念是为社区提供一个开放的平台，配备专业的软件工程师工具，如独立于平台的编译和自动化基准测试。已经编写了一本全面的基准书以供出版。基准测试已被证明是不同开发团队之间合作的宝贵工具，例如，用于代码比较和验证目的（DEOVALEX和CO2BENCH项目）。一方面，面向对象（OO）为分布式代码开发提供了一个合适的框架；然而，OO代码的并行化仍然缺乏效率。OO代码的高性能计算效率有待于未来的研究。

 

 

 

 

 

 

光滑粒子流体力学（SPH）是近年来在岩土工程建模中流行的一种无网格方法。它适用于解决大变形、自由表面、开裂和碎裂等问题。为了促进SPH在岩土工程中的研究和应用，我们提出了LOQUAT，一种开源的三维GPU加速SPH求解器。LOQUAT采用固体的标准SPH公式，具有两个地质技术本构模型，即Drucker–Prager模型和亚塑性模型。包括三种稳定技术，即人工粘度、人工压力和应力正则化。提出了一种广义边界粒子方法来模拟任意几何的静态和运动边界。LOQUAT采用GPU加速技术，大大提高了计算效率。数值算例表明，该求解器具有收敛性、稳定性和高效性。使用主流GPU，它可以模拟具有数千万粒子的大规模问题，并且执行速度比串行CPU代码快一千多倍。

 

 

 

 

 

介绍了开源DEM模拟框架MUSEN的概念设计、实现方面和主要特点。MUSEN是为在配备通用图形处理单元（GPU）的个人计算机上进行高效计算而开发的。非常直观的图形用户界面显著简化了系统的使用并减少了学习时间。它使这个框架成为一个理想的软件工具，用于教育目的和解决固体过程工程的经典问题。没有丰富经验的用户可以轻松指定初始场景、执行模拟和分析结果。同时，该系统基于模块化的结构允许使用新的组件、计算算法或接触模型进行扩展。