面向大型结构实时计算的显卡加速显式非线性振型叠加法

摘要

该文针对具有局部耗能非线性的大型桥梁结构的实时计算问题，提出了一种图形处理器(graphics processing unit, GPU)加速的显式非线性振型叠加法(explicit nonlinear mode superposition method, ENMS)。该方法视非线性反力为外荷载，采用振型叠加法对单积分步线性运动方程进行解耦，并采用显式逐步积分法求解，避免了运动方程迭代求解，利用了振型叠加法的快速计算优势，大幅提升计算效率。针对方程已经解耦的特征，利用GPU加速计算，进一步提升计算效率。某大跨度斜拉桥数值仿真研究表明：对于存在局部非线性的大型多自由度结构，该方法可利用Midas Civil导出的参数方便地进行动力响应求解，结果精度高；对于黏滞阻尼器的指数阻尼Maxwell模型，二分法能够准确求解阻尼力，较好地解决非线性阻尼器建模问题；GPU加速可显著提升显式非线性振型叠加法计算效率。

关键词

大型桥梁结构 / 局部非线性 / 非线性振型叠加法 / 显式积分算法 / GPU加速计算 / 实时计算分析