基于GPU并行时域谱元法的复合材料板S0模态导波传播特性研究

陈金龙; 郑明方; 宋彬磊; 马宏伟; 卢超; 李楠; 郑阳

doi:10.15983/j.cnki.jsnu.2026208

陕西师范大学学报（自然科学版） ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (02) : 53 -62. DOI: 10.15983/j.cnki.jsnu.2026208

基于GPU并行时域谱元法的复合材料板S₀模态导波传播特性研究

陈金龙, 郑明方, 宋彬磊, 马宏伟, 卢超, 李楠, 郑阳

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摘要

基于时域谱元法开发了GPU并行算法，并系统研究了各向异性板中S₀模态导波的传播特性。将高阶谱单元离散技术与CUDA计算平台相结合实现了并行化计算，建立了复合材料板导波传播的数值模型，精准模拟了导波在复合材料板中的激发与传播过程，进而提取S₀模态特征并计算其波速，并据此绘制S₀模态波速分布曲线。搭建实验系统，以压电传感器作为激励单元，对T300复合材料板开展S₀模态导波传播实验。数值结果表明：通过引入单元级并行计算与“无矩阵化”组装策略，有效提升了模拟效率并显著降低了内存消耗；该方法在保证高精度的同时，大幅优于传统谱元法的计算性能与资源占用。数值模拟结果与实验测量数据高度吻合，能够准确捕捉S₀模态的波速曲线，验证了所提并行时域谱元法的准确性和可行性。研究结果为复合材料板健康监测提供了有效的理论基础。