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基于结构动力学的重大自然灾害和安全事故并行虚拟实验技术及软件
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TP391.9
  • 关键词:
  • 成果简介:
    该项成果属信息技术领域、计算机仿真技术学科,致力于解决超级计算机在地震灾害、风浪灾害、爆炸事故和交通事故虚拟实验中所遇到的系列瓶颈问题。这些典型灾害和事故的力学本质都属结构动力学,包括:接触动力学、流固耦合动力学和逆向动力学这三类。虚拟实验存在如下问题: 缺乏针对典型灾害和事故的专门化并行虚拟实验技术和软件,只能利用通用结构动力学并行软件从底层工作开始,耗时费力效果差。并且通用结构动力学并行计算全过程包括:建模、分区和求解,也只实现了并行求解。该项成果首次发明了针对典型灾害和事故的专门化并行虚拟实验技术及软件,在可重用模型和并行计算这两类关键技术取得突破性进展。 发明了基于多尺度混合和全三维接触可重用模型、接触负载均衡并行计算的地震灾害并行虚拟实验技术。解决了隧道、桥梁等在地震灾害虚拟实验中,整体尺度大,细节复杂且多种接触关系并存,导致建模困难、整体和局部安全性评估不能兼得的难题。 发明了基于分步进化和全三维三相耦合可重用模型、流固耦合负载均衡并行计算的风浪灾害和爆炸事故并行虚拟实验技术。填补了充气式浮桥动力学研究的国内外空白;建立了囊类国防装备的设计理论;首次完成了超高层建筑玻璃幕墙爆炸事故、核电站防浪堤海啸灾害的并行虚拟实验。 发明了基于图像引导现场测绘、行人和骑车人刚柔组合可重用数字假人和自动寻优多层并行的交通事故并行虚拟实验技术。改变了国内交警处理事故的技术现状,缩短了现场处置时间,提高了事故分析科学性。在2010年上海世博会的交通安全保障中发挥了技术引领和典型示范作用。 发明了基于多文件流全过程并行、多级分区多次缩聚并行和显式隐式异步长并行的结构动力学共性并行计算技术。克服了现有技术不足,将可精确计算的结构动力学有限元模型节点数量提高了 10~100倍,将可有效利用的超级计算机处理器核数量提高了10~100倍。 该项成果在上海长江隧道、上海中心大厦等重大工程设计优化,在鱼雷发射浮囊、舰载机柔性油箱等国防装备自主研发,在行人、骑车人等疑难交通事故应急处置等领域获得推广应用。取得新增产值17264万元、利税3055万元的经济效益。出版学术专著3部,修订公安部标准2部,获得授权发明专利31项和软件著作权18项,发表SCI收录论文49篇和EI收录论文177篇,Web of Science核心合集他引475次,国内外论文他引1825次。其代表性成果获得日本土木工程学会“海岸工程杂志2014年度奖”;被欧盟委员会联合研究中心专家在研究制定防爆窗户和玻璃幕墙标准的综述论文、美国国家标准和技术研究院专家在研究制定国土安全建模和仿真标准的综述论文中列为典型案例推荐参考;受到中国科学院院士和中国工程院院士的肯定。
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