2024年4月5日发(作者：星兴国)
目 录
一、GDEM简介.................................................................................................................................- 1 -
二、GDEM对计算机系统的基本要求..............................................................................................- 2 -
三、GPU的性能及选取....................................................................................................................- 2 -
四、注意事项.................................................................................................................................- 2 -
五、安装步骤.................................................................................................................................- 3 -
一、GDEM简介
随着数值计算技术的不断发展，通过数值分析来研究工程问题已经成为共识。
目前，数值计算领域面临着两方面的技术难题需要解决。
（1）无法通过一种数值软件来模拟材料由连续到非连续，最终到运动性破坏
的全过程。
传统的数值计算方法主要包括两类：一类以连续介质力学为基础，模拟材料
的连续变形及塑性破坏，主要包括有限元及有限差分等两种。另一类以非连续介
质力学为基础，用于模拟散体系统的运动、碰撞特性，主要包括块体离散元及颗
粒离散元等两种。有限元法及有限差分法能够较好地模拟材料在连续状态下的特
性，但不能模拟材料从连续到非连续的过程及在非连续状态下的运动特性。块体
离散元及颗粒离散元在模拟非连续体的运动特性方面具有一定的优势，但较难模
拟材料的连续变形过程。
（2）计算速度及计算规模无法满足工程设计的需求。
目前的数值计算软件速度过慢，模拟由十万量级单元组成的材料的动态破坏
过程，往往需要几天、甚至几周的时间。然而，为了精确模拟材料的动态破坏效
应，往往需要百万、甚至千万量级的单元，在这样的单元量级上进行计算，目前
的数值计算软件是无法做到的。
基于连续介质力学的离散元方法（Continuum-based Discrete Element
Method）是中国科学院力学研究所提出的适用于模拟材料在动载荷作用下非连续
变形及渐进破坏的一种数值算法。该方法将有限元与离散元进行耦合，在块体内
部进行有限元计算，在块体边界进行离散元计算，不仅可以模拟材料在连续状态
下及非连续状态下的变形、运动特性，更可以实现材料由连续体到非连续体的渐
进破坏过程。
GPU是图形处理器的简称，是计算机显卡的核心部件，是天然的高性能并行
设备。北京极道成然科技有限公司以中科院力学所的CDEM为基础，开发出了基
于GPU技术的商用软件GDEM，大大提升了计算速度及计算规模。以GPU中档
配置（NVIDIA GeForce 285）为例，可支持千万量级自由度的并行计算，且每一
万个单元计算一万个时间步的耗时仅为5秒。
GDEM技术博客
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2024年4月5日发(作者：星兴国)
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一、GDEM简介.................................................................................................................................- 1 -
二、GDEM对计算机系统的基本要求..............................................................................................- 2 -
三、GPU的性能及选取....................................................................................................................- 2 -
四、注意事项.................................................................................................................................- 2 -
五、安装步骤.................................................................................................................................- 3 -
一、GDEM简介
随着数值计算技术的不断发展，通过数值分析来研究工程问题已经成为共识。
目前，数值计算领域面临着两方面的技术难题需要解决。
（1）无法通过一种数值软件来模拟材料由连续到非连续，最终到运动性破坏
的全过程。
传统的数值计算方法主要包括两类：一类以连续介质力学为基础，模拟材料
的连续变形及塑性破坏，主要包括有限元及有限差分等两种。另一类以非连续介
质力学为基础，用于模拟散体系统的运动、碰撞特性，主要包括块体离散元及颗
粒离散元等两种。有限元法及有限差分法能够较好地模拟材料在连续状态下的特
性，但不能模拟材料从连续到非连续的过程及在非连续状态下的运动特性。块体
离散元及颗粒离散元在模拟非连续体的运动特性方面具有一定的优势，但较难模
拟材料的连续变形过程。
（2）计算速度及计算规模无法满足工程设计的需求。
目前的数值计算软件速度过慢，模拟由十万量级单元组成的材料的动态破坏
过程，往往需要几天、甚至几周的时间。然而，为了精确模拟材料的动态破坏效
应，往往需要百万、甚至千万量级的单元，在这样的单元量级上进行计算，目前
的数值计算软件是无法做到的。
基于连续介质力学的离散元方法（Continuum-based Discrete Element
Method）是中国科学院力学研究所提出的适用于模拟材料在动载荷作用下非连续
变形及渐进破坏的一种数值算法。该方法将有限元与离散元进行耦合，在块体内
部进行有限元计算，在块体边界进行离散元计算，不仅可以模拟材料在连续状态
下及非连续状态下的变形、运动特性，更可以实现材料由连续体到非连续体的渐
进破坏过程。
GPU是图形处理器的简称，是计算机显卡的核心部件，是天然的高性能并行
设备。北京极道成然科技有限公司以中科院力学所的CDEM为基础，开发出了基
于GPU技术的商用软件GDEM，大大提升了计算速度及计算规模。以GPU中档
配置（NVIDIA GeForce 285）为例，可支持千万量级自由度的并行计算，且每一
万个单元计算一万个时间步的耗时仅为5秒。
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