spContent=在《离散元方法与实践》课程中，我们将从一个颗粒微小的振动，来认识宏观世界的变化。综合地质、工程和计算机的交叉知识，像电影《黑客帝国》一样，使用MatDEM软件，在计算机中构建出一个虚拟的物理世界，以重现各类物理过程和现象，探究机理、分析和解决工程和科学问题。
在《离散元方法与实践》课程中，我们将从一个颗粒微小的振动，来认识宏观世界的变化。综合地质、工程和计算机的交叉知识，像电影《黑客帝国》一样，使用MatDEM软件，在计算机中构建出一个虚拟的物理世界，以重现各类物理过程和现象，探究机理、分析和解决工程和科学问题。
—— 课程团队
课程概述
离散元法通过堆积和胶结一系列具有特定力学性质的颗粒来构建岩土体模型，并基于牛顿运动定律，模拟颗粒体系的运动和岩土体的变形破坏。《离散元方法与实践》课程基于南京大学自主开发的高性能三维离散元软件MatDEM，主要包括理论篇与实践篇两部分内容：理论篇主要介绍了颗粒离散元法的基本原理、算法实现，以及前处理、计算和后处理等流程；实践篇结合地质和岩土领域的实际需求，利用软件开展桩土作用、离散元试验、滑坡灾害等的数值模拟。
通过本课程的学习，能够从基础开始认识离散元法，基于MatDEM软件的示例，结合自身科研和工程问题开展离散元数值模拟；高级用户可通过二次开发，封装新的专业离散元软件。
软件、示例代码及相关文档可在HTTP://MATDEM.COM网站下载。课程助教为王禄艺同学，课程交流QQ群为668903775。通过课程考核的同学可申请获得认证证书，并可优先申请“MatDEM奖学金”。每次课程结束后将评选优秀学员，并颁发奖学金。每年奖学金总额约4万，详见网站。课程微信公众号为"矩阵离散元MatDEM":
授课目标
- 了解离散元法的应用领域；
- 学习离散元法的基本原理及算法实现；
- 掌握MatDEM的基本操作及帮助使用；
- 了解MatDEM的基本程序结构及数据结构；
- 掌握几何建模、材料设置及数值模拟的基本数值模拟流程；
- 学会模块化建模、基于数字图像/数字高程建模等常用几何建模过程；
- 学会常用荷载施加、阻尼及时间步等常用参数的自定义设置；
- 结合自身研究方向开展离散元数值模拟。
课程大纲
离散元法的原理和实现
课时目标：学习离散元法的基本原理及算法实现。（以下章节对应教材《地质与岩土工程矩阵离散元分析》的章节）
1.1 离散元法的应用和课程介绍
1.2 离散元法的基本原理和实现
1.3 单元的阻尼简谐振动
1.4 矩阵离散元计算法
MatDEM的基本结构
课时目标：了解MatDEM的基本程序结构及数据结构
2.1 软件基本操作和帮助文件
2.2 数据结构和单元类型
2.3 邻居矩阵和连接信息矩阵
2.4 弹性clump的原理和使用
2.5 matlab语言基础
几何建模
课时目标：掌握常用几何建模方法
3.1 建立初始数值模拟箱
3.2.1 利用结构体和函数来建模
3.2.2 通过筛选单元和Tool_cut来建模
3.3 基于数字图像建模
材料设置
课时目标：材料设置、模型平衡操作、裂隙节理设置
3.4 材料设置和自动训练材料
3.5.1 迭代计算函数和标准平衡
3.5.2 邻居检索和平衡模型
3.6 裂隙节理和连接过滤器
荷载设置和数值计算
课时目标：掌握常见位移应力荷载的施加及模拟参数的自定义和修改
4.1 数值计算设置和数据文件保存
4.2 数值模型的边界条件和荷载
4.3 迭代计算参数设置及耗时估计
4.4 模拟参数的定义和修改
4.5 文件的压缩、保存和读取
后处理和系统函数
课时目标：掌握常用后处理绘图函数及常用底层函数的使用
5.1 后处理的窗口操作
5.2 后处理绘图函数
5.3 数据处理和曲线绘制
5.4 GPU计算设置和状态查看
5.5 系统函数与功能
岩土工程基础应用及岩土体离散元试验
课时目标：了解建模和模拟的三个基本步骤，学习通过函数来建模
6.1 桩土作用
6.2 盾构滚刀破岩
7.1 直剪试验数值模拟
7.2 真三轴试验和节理建模
复杂三维模型的建模
课时目标：了解基于Tool_cut类的复杂几何模型的建模
8.1 用数字高程定义三维层面
8.2 创建薄壳模型
8.3 建立三维边坡模型并模拟滑坡运动
动力作用及多场耦合数值模拟
课时目标：了解动力作用问题阻尼参数的设置及常见动力作用的数值模拟，水分场、温度场等常见多场耦合的实现原理及使用
9.1 陨石撞击地面
9.2 矿山斜坡爆破
10.1 地面沉降和地裂缝
10.2 能源桩热力耦合
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预备知识
参考资料
- 刘春. 2019. 地质与岩土工程矩阵离散元分析[M]. 北京：科学出版社.
- 季顺迎. 2018. 计算颗粒力学及其工程应用[M]. 北京：科学出版社.
- 孙其诚，王光谦. 2009. 颗粒物质力学导论[M]. 北京：科学出版社.
- 刘传奇. 2022. 颗粒材料介尺度分析与连续化模拟[M]. 北京：清华大学出版社.
常见问题
Q : 本课程使用哪个版本的MatDEM？
A : 本课程配套教材为《地质与岩土工程矩阵离散元分析》，教材中使用MatDEM1.32Book版本，1.32及后续版本均包含所有教学示例，可在MatDEM官网下载。建议使用最新版本的MatDEM（如4.0）。
认证成绩和证书
智能问答和解析
视频学习辅助
浙公网安备 33010802012594号
