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A parallel GPU-based computational framework for the micromechanical analysis of geotechnical and erosion problems

  • This article deals with the relevance and practical feasibility of micromechanical simulations for their application to general geomechanical problems involving fluid-saturated granular assemblies, whether frictional or cohesive. A set of conceptual and numerical tools is here presented, advocating for a parallel computation using graphical processing units (GPUs) to treat large numbers of degrees of freedom with conventional Desktop computers. The fluid phase is here simulated with a particle-resolved approach in the frame of the Lattice Botzmann Method (LBM) while the granular solid phase is modelled as a collection of discrete particles from a Molecular Dynamics DEM perspective. The range of possible material behaviours for the solid granular phase is intended here to cover a broad spectrum from purely frictional to viscous cohesive materials with either brittle or transient debonding features. Specific details of the implementation and some validation cases are putThis article deals with the relevance and practical feasibility of micromechanical simulations for their application to general geomechanical problems involving fluid-saturated granular assemblies, whether frictional or cohesive. A set of conceptual and numerical tools is here presented, advocating for a parallel computation using graphical processing units (GPUs) to treat large numbers of degrees of freedom with conventional Desktop computers. The fluid phase is here simulated with a particle-resolved approach in the frame of the Lattice Botzmann Method (LBM) while the granular solid phase is modelled as a collection of discrete particles from a Molecular Dynamics DEM perspective. The range of possible material behaviours for the solid granular phase is intended here to cover a broad spectrum from purely frictional to viscous cohesive materials with either brittle or transient debonding features. Specific details of the implementation and some validation cases are put forward. Finally, some exemplary applications in the fields of soil erosion and geotechnical profile installation are provided along with a discussion on the parallel performance of the presented models. The results show that a micromechanical approach can be feasible and useful in practice, providing meaningful insights into complex engineering problems like the erosion kinetics of a soil under an impinging jet or the penetration resistance of a deep foundation in a layered soil profile.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Z. Benseghier, Pablo Cuéllar, L.-H. Luu, S. Bonelli, P. Philippe
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Computers and Geotechnics
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.2 Ingenieurbau
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier Ltd.
Jahrgang/Band:120
Erste Seite:Paper 103404, 1
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:Erosion; GPU Parallel computing; LBM-DEM; Micromechanical modelling; Offshore geomechanics
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
DOI:10.1016/j.compgeo.2019.103404
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-502309
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:22.01.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:19.03.2020
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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