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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

陕西师范大学学报(自然科学版)2026,Vol.54Issue(2):53-62,10.
陕西师范大学学报(自然科学版)2026,Vol.54Issue(2):53-62,10.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

Research on the propagation characteristics of S0 mode guided waves in composite plates based on GPU parallel time-domain spectral element method

陈金龙 1郑明方 2宋彬磊 3马宏伟 2卢超 4李楠 5郑阳6

作者信息

  • 1. 东莞理工学院 生态环境与建筑工程学院,广东 东莞 523808||南昌航空大学 仪器科学与光电工程学院,江西 南昌 330000||东莞理工学院 国际空天技术研究院,广东 东莞 523808
  • 2. 东莞理工学院 生态环境与建筑工程学院,广东 东莞 523808||东莞理工学院 国际空天技术研究院,广东 东莞 523808||广东省城市生命线工程智慧防灾与应急技术重点实验室,广东 东莞 523808
  • 3. 东莞理工学院 生态环境与建筑工程学院,广东 东莞 523808||东莞理工学院 国际空天技术研究院,广东 东莞 523808
  • 4. 南昌航空大学 仪器科学与光电工程学院,江西 南昌 330000
  • 5. 西北工业大学 深圳研究院,广东 深圳 518057
  • 6. 中国特种设备检测研究院,北京 100029
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摘要

Abstract

Based on the GPU-parallelized algorithm of the time-domain spectral element method(SEM),this study investigates the S0 mode guided waves in anisotropic plates.Parallelization is achieved by integrating high-order spectral element discretization with the CUDA computing platform,thereby establishing a numerical model for guided wave propagation in composite plates.The proposed model accurately simulates the excitation and propagation processes of guided waves in composite plates,extracts the characteristics of the S0 mode,calculates its wave velocity,and subsequently plots the distribution curves of S0 mode wave velocity.To validate the model,an experimental system was set up using piezoelectric sensors as excitation units to conduct S0 mode guided wave propagation tests on T300 composite plates.By incorporating element-level parallel computation and a matrix-free assembly strategy,the proposed method significantly improves computational efficiency and remarkably reduces memory consumption.Numerical verification demonstrates that the method achieves high accuracy while offering superior computational performance and resource efficiency compared with traditional SEM.The simulation results show excellent agreement with the experimental measurements and accurately capture the wave-velocity curve of the S0 mode,thereby verifying the accuracy and feasibility of the proposed parallel time-domain spectral element method.This study offers an effective technical route for the simulation of guided wave propagation in composite plates and demonstrates broad prospects for application in the field of health monitoring of composite plates.

关键词

时域谱元法/复合材料板/超声导波/波速曲线/并行计算/S0模态

Key words

time-domain spectral element method/composite plates/ultrasonic guided waves/wave velocity curves/parallel computing/S0 mode

分类

通用工业技术

引用本文复制引用

陈金龙,郑明方,宋彬磊,马宏伟,卢超,李楠,郑阳..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[J].陕西师范大学学报(自然科学版),2026,54(2):53-62,10.

基金项目

广东省基础与应用基础研究基金(2023B1515120080,2021B1515120090) (2023B1515120080,2021B1515120090)

国家自然科学基金(51905099) (51905099)

广东省普通高校重点科研平台和项目高端装备制造重点领域专项项目(2022ZDX3032) (2022ZDX3032)

陕西师范大学学报(自然科学版)

1672-4291

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