国产仿真软件之光：我与MatDEM开发者并行搞科研

三维TBM盘形滚刀破岩模拟

导读：从本科到研究生，我与MatDEM接触已经快三年了。一直以来也没想过总结，这次借助仿真秀平台MatDEM公开直播之前，分享一下我学习MatDEM的经历与感受。

一、我为什么要使用MatDEM？

首先，我为什么要使用MatDEM?市面上有很多数值模拟软件，这些软件是我们小硕吃饭的工具，我本科的时候就接触过有限元软件（没想到硕士搞起了离散元），有限元软件的优点之一就是快。

做学术啥都要快，做实验要快，写论文也要快（快到让我难以企及）。做模拟当然不能慢了，但是作为搞岩石的（TBM滚刀破岩是我的研究方向），在模拟裂隙发展、岩石破碎这方面，有限元不如离散元。

众所周知，现在通用的商业离散元软件如PFC、UDEC和Yade等，很大的弱点就是慢，一慢起来，就跟咱们搬砖人员的意愿背道而驰了（虽然搞科研也不能心急，也需要慢工出细活），因此高性能的离散元软件就势必需要开发突破。这时候MatDEM就出现我面前。

高大上的图标

二、MatDEM最大优势在哪？

MatDEM是南京大学刘春老师自主创新研发的离散元软件，是我心目中的国产软件之光，具体的信息可以去MatDEM官 查询，也可以在仿真秀官 和APP搜索查看。欢迎大家点击学习国产仿真软件计算速度超美国30倍？80后南京大学博士：向全国免费开放使用。

笔者认为，MatDEM最大的优势在于创新的矩阵离散元计算法和三维接触算法，这大大提高了计算速度，尤其适合于三维模型的模拟。比如我用教研室的工作站（GTX1080Ti）计算一个20万单元模型的动态过程模拟，也只需要1天左右的时间，U1S1，这样的效率已经很高了。

MatDEM计算速度对比

MatDEM软件基于Matlab开发，操作界面也很简洁，主要操作界面是代码窗口，把代码拿来咔咔往上怼就完事了（也可以使用交互界面进行基础的试验，现在更支持自己开发UI，用于专业的应用）。因此对于熟悉Matlab操作的同学来说，很容易上手。

三、0基础学离散元基本原理

而对于没有基础的同学来说也不要怕，刘老师专门建立了qq群和微信群，有啥问题直接往群里甩，老师和同学都会热心解答的。为了让同学更快上手，刘老师甚至开了Matlab的课程。

我在学习的过程中，就不断的向老师和同学请教。当时去南大开学术会议见到了刘老师，此后刘老师来同济讲座的时候又专门跑过去向刘老师请教，刘老师人很nice。

当然向老师请教的前提是掌握了MatDEM基本的知识，如离散元基本原理、最重要的平衡函数以及材料赋予等等。了解软件原理和结构会节约很多学习时间。

MatDEM交流群

四、我与MatDEM开发者并行搞科研

高速计算、容易上手等是MatDEM很大的优势，但真正让我坚持使用它来搞科研的是丰富的二次开发功能。例如我的三维TBM盘形滚刀破岩模拟（见下图)

刘老师虽然是软件的开发者，但不是对所有领域都擅长的。使用者需要在巩固基础学习后，开始使用软件内置函数，借助参考书籍、帮助文件、教学课程等帮助，独立编写用于自己研究的代码。

以我做滚刀破岩为例，MatDEM中有内置的滚刀破岩例子，我就是在这基础上改写的（很多岩土工程领域的研究内容都会在内置示例中找到已有模型，方便二次开发）。破岩示例文件只是简单的让滚刀转动切割起来，但怎样提高整体的计算速度？滚刀被设成墙单元怎么算滚刀力？裂隙怎么布置？等等，都需要自己进行编写改进，都需要自己不断地学习尝试。

期间刘老师也帮助我解决了很多问题，每次自己挠头不知道该怎么继续的时候，就跟导师讨论，软件方面的内容便请教刘老师。在这里我也建议大家，在做模拟的时候不要纠结于模型为何怎么调都不对、都不行，这时候要跳开这个坑，从本质上去思考出现错误的原因，不能陷入调模的过程无法自拔。

滚刀破岩模拟

其实在学习的过程中，尤其是数值模拟这块，成熟的商业固然较好，但是很多时候会处于独自摸索的状态，虽然会有很多（或很少） 上资源课程可以学习，但是我们也仅是使用者而已，况且无论是软件本身还是学习资料都需要money的。

来自MatDEM官方案例：Mixing particles in a roller (滚筒中搅拌颗粒），通过二次开发功能建立滚筒和颗粒，滚筒为墙单元，旋转滚筒以搅拌颗粒。模型总72289个单元，其中38433个活动单元。滚筒直径2米，转速60度和120度每秒，转60度计算耗时12分钟。

速度为120度每秒时的结果

速度为60度每秒时的结果

更精细的模型，单元半径5mm，总单元413291，活动单元数262384。

最重要的是软件完全免费！免费！免费！（重要的事情说三遍）官 上不断更新最新版本（也可以在仿真秀官 或APP下载），大家再也不用苦苦去找资源啦。学习资料，如软件原理文档，操作教程以及仿真秀教学官方教学视频大量免费的，此处强烈推荐刘春老师的著作《地质与岩土工程矩阵离散元分析》，对学习MatDEM很有帮助。

哦对了，刘老师还联系了企业提供奖！学！金！资助和鼓励大家学习本软件。（很荣幸拿了两次MatDEM奖学金，感谢刘老师），这样的福利不可多得啊。温馨提示：在仿真秀官 或APP学习MatDEM任何人都可以申请MatDEM奖学金。

五、直播-利用MatDEM来定制专业的离散元软件

对了，还有一个好消息告诉大家，5月7日明晚20时，《毕业在季，拒绝代写》第四期公开直播，我们将邀请南京大学刘春博士会做客仿真秀直播间，为大家带来一场《利用MatDEM来定制专业离散元软件》专题讲座。讲课的内容包括：离散元的多场数值模拟，离散元的流固耦合模拟和2D hydraulic fracturing(二维水力压裂)等干货知识。

2D hydraulic fracturing(二维水力压裂)

有兴趣的学员可以扫描下方海 的二维码进入直播间 名参与，同时大家亦可扫描下方微信群二维码进入刘老师MatDEM讨论微信群。

特别注意：群满200人请加小助手微信 fangzhenxiu999

2016年获中国地质学会工程地质“谷德振青年科技奖”；2016年入选中国科协“青年人才托举工程”；2019年入选江苏省第十六批“六大人才高峰”高层次人才选拔培养资助计划；2019年，自主研发的高性能离散元软件MatDEM获“中国数字仿真自主软件创新奖”，由中国力学学会和中国计算机学会等颁发；目前担任中国岩石力学与工程学会青委会副主任，《隧道与地下工程灾害防治》期刊编委等职务。

点击下方阅读原文查看刘春博士主讲的《MatDEM多场和流固耦合数值模拟11讲》

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