(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210771736.3 (22)申请日 2022.06.30 (66)本国优先权数据 202210753874.9 202 2.06.29 CN (71)申请人 云翼超算 （北京） 软件科技有限公司 地址 100027 北京市朝阳区东 三环北路辛2 号迪阳大厦902A室 (72)发明人 黎波　江浩　焦立新　樊江　 (74)专利代理 机构 南京行高知识产权代理有限 公司 32404 专利代理师 王培松 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 在应力状态判 断准则下并行运算获取裂纹 扩展的方法与系统 (57)摘要 本发明提供一种在应力状态判 断准则下并 行运算获取裂纹扩展的方法与系统， 针对材料在 复 杂外 力 约束 下断 裂 模式的 多 样性 ， 在 EigenErosion以能量为失效准则的裂纹扩展算 法基础上， 引入对应力状态的前置判定， 通过对 物质点所处应力状态在特定准则下的判定， 从而 增强了以 单一应变能大小为失效准则的 EigenErosion算法对裂纹扩展的准确性和鲁棒 性， 使EigenEro sion运算方法适应于各类外力约 束条件， 并成功运用并行计算机及并行策略， 实 现了能量释放 率均质化计算中的并行化。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115221694 A 2022.10.21 CN 115221694 A 1.一种在应力状态判断准则下并行运算获取裂纹扩展的方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤1、 离散化连续介质问题域并初始化运算参数， 在 tk＝0的初始时刻根据处理器总数 量， 对连续介质问题域中的物质点进行划分， 将初始化的物质点集中的每个物质点按照坐 标区域划分为多个与处 理器总数相同的子集并发送到每 个对应的处 理器中； 步骤2、 从tk＝1的时刻开始逐步运算直到完成预设的总计算步数， 在每一时刻的运算过 程中， 计算并更新第i个处理器上各个有效物质点的邻域， 获得各个处理器上物质点子集内 各物质点邻域的集 合， 所述有效物质点是指未断裂失效的物质点； 步骤3、 基于各个处理器上物质点子集内各物质点邻域的集合， 确定各个处理器上物质 点的范围区间， 即各个处理器上所有物质点邻域内的物质点在各维度坐标上的最大值和最 小值， 由最大值和最小值更新得到处 理器在tk时刻所包 含的动态 物质点子集； 步骤4、 根据各个处理器上物质点的范围区间， 将 从属于两个或多个处理器的动态物质 点子集的物质点定义为重影物质点， 将其划分到重影区间， 并将它们存储至共享数据 交换 表； 步骤5、 计算并更新tk时刻全域内各个物质点的应 变能； 步骤6、 对有效物质点的应力状态进行逐一检测， 对有效物质点所处的应力状态进行计 算并基于应力状态准则判定有效物质点是否能够失效： 如果被检测物质点的应力状态满足 选定的失效准则， 计算该有效物质点的等效能量释放率， 否则不需计算该有效物质点的等 效能量释放 率； 步骤7、 根据计算得到的某一有效物质点的等效能量释放率， 与预设的临界能量释放率 进行比较， 若 大于临界值， 则判定该有效物质点 失效， 将不会 再参与之后的变形及与裂纹扩 展相关的运算， 同时该有效物质点领域内的物质点的应变能得到释放， 即应变能清零， 重置 将它们存储至共享数据交换表； 步骤8、 重复步骤6 ‑7， 直到所有的有效物质点均被检测完毕， 实现当前时刻的运算求解 过程。 2.根据权利要求1所述的在应力状态判断准则下并行运算获取裂纹扩展的方法， 其特 征在于， 所述 步骤1中， 离 散化连续介质问题域并初始化 运算参数包括： 步骤1.1、 将连续介质问题域Ω用有限元网格进行离散， 其中二维连续介质域使用一阶 三角形单元网格， 三维连续介质域使用一阶四面体单 元网格； 步骤1.2、 利用离散所得的有限元网格， 初始化一组物质点集{xp， 0， p＝1， 2， ...， M}和一 组节点集{xa， 0， a＝1， 2， ...， N}， 其中xp， 0表示tk＝0时刻的第p个物质点， k＝0， 1， …m， p＝1， 2，…， M， xa， 0表示tk＝0时刻的第a个节点， a＝1， 2， …， N， k＝0， 1， …n， n表示初始化过程中预 设的总计算步数； 节点集为有限元网格的节点集， 物质点集为各个有限元网格各单元 的中 心点集； 则， 对于一个有限元网格各单元来说， 每个单元 的形心取为物质点， 每个单元 的四 个角点为节点， 每 个单元的节点 为该物质点的初始邻域； 步骤1.3、 定义分布式处 理器集{Pi}， i＝1， ...， I， I为处理器的总数量 至此， 完成总计算 步数、 处理器集以及物质点 集和节点 集的初始化。 3.根据权利要求2所述的在应力状态判断准则下并行运算获取裂纹扩展的方法， 其特 征在于， 所述步骤2中， 在每个时刻tk时刻， 计算 并更新第i个处理器上各个有效物质点的邻权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115221694 A 2域， i＝1， 2， ...， I， 由此获得各个处理器上物质点子集内各物质点邻域的集合 所述 有效物质点是指未断裂失效的物质点； 其中， 对于第i个处理器上的物质点p， 检索除该物质点p以外的各个有效物质点， 得到 该物质点p的∈p， k相邻物质点 其中， q＝1， 2， …， M， q≠p； ∈p， k表示物质点xp， k的动态∈邻域大小， ∈p， k＝δx×hp， k， δx为人工系数； hp， k为物质点p 在tk时刻的特 征尺寸。 4.根据权利要求3所述的在应力状态判断准则下并行运算获取裂纹扩展的方法， 其特 征在于， 所述人工系数δx的取值范围为1.5 ‑3.0。 5.根据权利要求3所述的在应力状态判断准则下并行运算获取裂纹扩展的方法， 其特 征在于， 所述计算该有效物质点的等效能量释放 率， 包括： 按照以下公式计算计算 等效能量释放 率： 其中， α 为几何校正参数， 取值为1.5； Vp， k表示物质点p在k时刻的体积， W(xp， k)表示物质 点xp， k的应变能； 求和运 算表示裂纹尖端附近的物质点存 储的应变能 在计算等效 能量释放率过程中， 通过信息传递接口MPI对共享数据交换表Ck中的共享物 质点数据进行分布式进程间的数据交互， 最后得到该物质点在原连续介质问题域内的等效 能量释放 率。 6.根据权利要求1所述的在应力状态判断准则下并行运算获取裂纹扩展的方法， 其特 征在于， 所述 步骤6中的应力状态准则包括： (1)压力为 正准则： 其中σ1、 σ2、 σ3为物质点的主应力； (2)最小主应力为 正准则： σmin＞0， 其中σmin为物质点的最小 主应力； (3)最大主应力为 正准则： σmax＞0， 其中σmax为物质点的最大主应力； (4)应力三轴度准则： 其中p为物质点的压力， σv为物质点的范式等效应力， m为 实验测得的经验参数， 默认值 为‑1； (5)摩尔‑哥伦布斯准则： 其中p为物质点的压力， τmax为物质点的最大剪切应 力， m为实验测得的经验参数， 默认值 为‑1。 7.根据权利要求6所述的在应力状态判断准则下并行运算获取裂纹扩展的方法， 其特 征在于， 在所述步骤1进 行初始化运算参数过程中， 还包括根据问题域的受力条件选定用于 后续进行应力状态检测的应力状态准则。 8.根据权利要求6所述的在应力状态判断准则下并行运算获取裂纹扩展的方法， 其特 征在于， 在tk时刻， 通过变形计算得到的被检测物质点的各项应变能， 由此计算应力分量的 关系并判定其是否满足确定的应力状态准则。 9.一种计算机系统， 其特 征在于， 包括：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115221694 A 3