RFPA数值实验室

       

       数值试验室应用真实破裂过程分析RFPA系统研究岩石类脆性材料破坏力学问题。RFPA基于有限元和统计损伤理论,考虑了材料的非均匀性、缺陷分布的随机性,并把这种材料性质的统计分布假设结合到数值计算方法(有限元法)中,对满足给定强度准则的单元进行破坏处理,从而使得非均匀材料破坏过程的数值模拟得以实现。RFPA系统的应用克服了物理实验观测难、分析难、重复难、费用高、周期长的弊病,能够获得许多在实验室中无法真实再现的实验现象及计算信息。高性能计算集群系统与RFPA系统的配合、虚拟现实系统与RFPA系统数据的无缝连接可以实现对大型工程的大规模科学计算与数值试验结果的三维立体展示。数值试验室通过真实破裂过程分析RFPA系统、高性能计算集群系统和虚拟现实系统的完美结合,已经成为科学研究与工程分析的一种强有力手段与工具,为用户提供从问题研究、监测服务、数值试验、结果展示到分析预警的完整解决方案。

      建立数值实验室作用及意义:提升科研能力;提高工程安全技术服务水平;提升科技项目的社会竞争力。

数值试验是利用数值计算方法研究力学的各种问题,尤其可以对一些由于经费、时间、难度等因素的制约而难以在实验室实际再现的未知现象进行真实模拟显现。“只有想不到”的概化模型,“没有做不到”的数值分析。诸如冲击地压、岩爆、矿震、突水、含瓦斯煤岩突出等岩土工程灾害现象,很难通过实验室实验演示,而数值试验可完全实现上述目标。

从东北大学、大连大学和其它有关数值实验室的发展情况看,数值实验室还成为了教学改革和产出高水平教学成果的阵地。



数值实验室应用领域

数值试验已广泛应用于岩体工程领域,如岩体工程结构的受载破坏,采矿中煤与瓦斯突出、顶板冒落、底板突水等矿山动力灾害,地下工程中的巷道、隧道围岩破坏失稳灾害,边坡工程稳定性问题,水电大坝的稳定性问题,核废料地质储存等研究领域,并已经显现出数值试验在解决重大岩体工程问题时的优势。

(1)岩体工程材料的变形破坏。包括岩体试件、煤体试件、混凝土、钢筋混凝土、复合材料、工程结构等的加载变形破坏、声发射

(2)采矿诱发的岩体变形破坏。包括地表沉陷、岩层移动、地裂缝、山体开裂

(3)地下工程的变形破坏。包括井筒/立井/巷道/隧道的变形破坏、顶板冒落、底板突水

(4)边坡的变形破坏。包括岸坡的稳定、路坡的失稳与疲劳破坏

(5)电工程大坝稳定性分析。包括水电工程大坝的动力响应与稳定性分析

(6)岩体工程动态力学行为,包括地下工程/边坡工程/基坑工程的开挖与支护,地基工程

(7)环境岩体工程及其灾害防治。主要包括抽水引起的地面沉陷/地下建(构)筑物的破坏,工程施工诱发的地质环境变化、诱发地震、区域稳定、现代构造应力

(8)爆炸力学与工程灾害防治

(9)煤岩动力灾害(如煤岩体瓦斯突出、突水等)与防治

(10)核废料地质存储灾害的防治



数值实验室构成

数值实验室由真实破裂过程分析RFPA系统、高性能计算集群系统、虚拟现实系统和终端工作室组成。


 - 真实破裂过程分析RFPA系统

RFPA系统是基于RFPA方法(即真实破裂过程分析方法)研发的一个能够模拟材料渐进破坏的数值试验工具。其计算方法基于有限元理论和统计损伤理论,考虑了材料性质的非均性、缺陷分布的随机性,并把这种材料性质的统计分布假设结合到数值计算方法(有限元法)中,对满足给定强度准则的单元进行破坏处理,从而使得非均匀性材料破坏过程的数值模拟得以实现。


      -高性能计算集群系统

高性能计算集群系统是一个创新性和实用性有机结合的系统,既擅长超大规模科学工程计算,又能进行大规模数据处理,还能高效运行商业软件。系统具有应用适应性强、运行速度快、整机效率高、并行I/O能力强、性能功耗比高、软件丰富实用、产品化程度高等突出优势,是理想的大型公共计算平台。整个计算系统通过Infiniband和千兆以太网两套集群域网实现结点间互连,通过I/O结点和存储域网实现共享存储,所有硬件统一集成在集群基础架构中,并通过集群系统软件及应用支撑环境和工具等,对外提供单一系统映像,支持大规模的科学工程计算、网络信息服务和数据库应用。

系统主要特点

(1)全交换互连结构,为应用子任务间提 供高带宽、低延迟的无阻塞通信

(2)在线、近线、离线多级冗余存储结构,高效安全地实现存储访问和管理

(3)针对不同应用需求的多类型、高性能、可扩展的文件系统访问通道

(4)系统统一管理和部署、作业管理和入侵检测技术

(5)快捷、安全、高可用的外部接入服务

(6)整机系统及部件均高度产品化,可实现快速规模化复制

       -虚拟现实系统

虚拟现实是可支持多用大型沉浸式虚拟现实产品,集合了DVS3D虚拟现实平台、3D素材6自由度光追踪系、人机交互、PLC控技虚拟应用等多核心技。系过与RFPA系统数据无缝对接,采用沉浸式虚拟显境,实现对岩石破裂程中的裂萌生、与贯通,直至失的全程三立体展示助分析人掌握岩石破裂本质与机理。

借助虚拟现实究人也可以形象逼地展示高陡坡失、煤岩力灾害(瓦斯突出、突水等)、深埋隧道岩爆等主要岩体工程灾害孕育全探岩体部微破裂演化机制,把握岩体工程灾害前兆实现对重大岩体工程灾害的分析



RFPA挂牌成立数值实验室

      目前,RFPA挂牌成立的数值试验室已经遍布国内各大高校,包括东北大学、辽宁工程技术大学、山东大学、西安交通大学、长沙理工大学、大连大学、山东科技大学、重庆大学、青岛理工大学、黑龙江科技学院、青岛建筑工程学院等40余所高校。