Abstract This paper presents a novel open-source discrete element code, SudoDEM, for efficient modeling of both 2D and 3D non-spherical particles under a GPL v3 or later license. Built upon a popular open-source code YADE, our code inherits the core of a classic DEM framework empowered by OpenMP acceleration, and further offers unique features of a rich library of prime particle shapes, including poly-superellipsoids, superellipsoids, cylinders, cones, polyhedrons for 3D and disks and superellipses for 2D. Unlimited choices of more complex particle shapes can be readily generated by clumping these prime shapes. Efficient modeling of complex shaped particles hinges on contact detection. In SudoDEM, we have developed three generic and efficient contact detection algorithms, the parametric common normal (PCN) algorithm, the Gilbert–Johnson–Keerthi (GJK) algorithm, and the hybrid PCN–GJK algorithm, to handle contacts among complex-shaped particles during a typical DEM simulation. The new DEM code is validated and further showcased by multiple examples, including granular packing, triaxial compression, and landslide, its robustness, efficiency and versatility in providing realistic solutions to granular mechanics problems. The project is hosted at an open-source page at https://sudodem.github.io , while the source codes are freely available at a GitHub repository ( https://github.com/SudoDEM ). We foresee a great capability and potential for SudoDEM in advancing future progress in granular physics and granular mechanics and in fostering advanced simulations of critical engineering and industrial processes pertaining to granular media. Program summary Program title: SudoDEM CPC Library link to program files: http://dx.doi.org/10.17632/brpk4g28zn.1 Developer’s repository link: http://github.com/SudoDEM/SudoDEM , http://sudodem.github.io Licensing provisions: GNU General Public License 3 Programming language: C++, Python Nature of problem: Grain shape underpins important aspects of the physical and mechanical behaviors of granular media. The inability of realistic and robust modeling of particle shape has been a major obstacle for discrete-based numerical methods in solving practical problems of granular materials. Solution method: SudoDEM implements three generic algorithms of contact detection among non-spherical particles in Discrete Element Method, which provides a rich library of particle shapes available for DEM modeling of granular media.

中文翻译：

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SudoDEM：释放离散元方法对非球形颗粒模拟的预测能力

摘要 本文提出了一种新颖的开源离散元代码 SudoDEM，用于在 GPL v3 或更高版本的许可下对 2D 和 3D 非球形粒子进行有效建模。我们的代码基于流行的开源代码 YADE，继承了由 OpenMP 加速支持的经典 DEM 框架的核心，并进一步提供了丰富的质数粒子形状库的独特功能，包括多超椭球、超椭球、圆柱、圆锥、 3D 的多面体和 2D 的圆盘和超椭圆。通过聚集这些主要形状，可以轻松生成更复杂颗粒形状的无限选择。复杂形状颗粒的有效建模取决于接触检测。在 SudoDEM 中，我们开发了三种通用且高效的接触检测算法，参数公共法线 (PCN) 算法，Gilbert-Johnson-Keerthi (GJK) 算法和混合 PCN-GJK 算法，用于在典型的 DEM 模拟过程中处理复杂形状粒子之间的接触。新的 DEM 代码通过多个示例进行了验证和进一步展示，包括颗粒充填、三轴压缩和滑坡，其鲁棒性、效率和多功能性为颗粒力学问题提供了现实的解决方案。该项目托管在 https://sudodem.github.io 的开源页面上，而源代码可在 GitHub 存储库 ( https://github.com/SudoDEM ) 中免费获得。我们预见 SudoDEM 在推进颗粒物理和颗粒力学的未来进展以及促进与颗粒介质有关的关键工程和工业过程的高级模拟方面具有巨大的能力和潜力。节目概要 节目名称：SudoDEM CPC 库程序文件链接：http://dx.doi.org/10.17632/brpk4g28zn.1 开发者存储库链接：http://github.com/SudoDEM/SudoDEM、http://sudodem.github.io 许可条款：GNU 通用公共许可证 3 编程语言：C++、Python 问题性质：颗粒形状是颗粒介质物理和机械行为的重要方面的基础。无法对颗粒形状进行真实可靠的建模，这一直是基于离散的数值方法解决颗粒材料实际问题的主要障碍。求解方法：SudoDEM 在离散元法中实现了三种非球形颗粒之间接触检测的通用算法，它提供了丰富的颗粒形状库，可用于颗粒介质的 DEM 建模。17632/brpk4g28zn.1 开发者存储库链接：http://github.com/SudoDEM/SudoDEM、http://sudodem.github.io 许可条款：GNU 通用公共许可证 3 编程语言：C++、Python 问题性质：颗粒形状支撑颗粒介质物理和机械行为的重要方面。无法对颗粒形状进行真实可靠的建模，这一直是基于离散的数值方法解决颗粒材料实际问题的主要障碍。求解方法：SudoDEM 在离散元法中实现了三种非球形颗粒之间接触检测的通用算法，它提供了丰富的颗粒形状库，可用于颗粒介质的 DEM 建模。17632/brpk4g28zn.1 开发者存储库链接：http://github.com/SudoDEM/SudoDEM、http://sudodem.github.io 许可条款：GNU 通用公共许可证 3 编程语言：C++、Python 问题性质：颗粒形状支撑颗粒介质物理和机械行为的重要方面。无法对颗粒形状进行真实可靠的建模，这一直是基于离散的数值方法解决颗粒材料实际问题的主要障碍。求解方法：SudoDEM 在离散元法中实现了三种非球形颗粒之间接触检测的通用算法，它提供了丰富的颗粒形状库，可用于颗粒介质的 DEM 建模。GNU 通用公共许可证 3 编程语言：C++、Python 问题性质：颗粒形状是颗粒介质物理和机械行为的重要方面的基础。无法对颗粒形状进行真实可靠的建模，这一直是基于离散的数值方法解决颗粒材料实际问题的主要障碍。求解方法：SudoDEM 在离散元法中实现了三种非球形颗粒之间接触检测的通用算法，它提供了丰富的颗粒形状库，可用于颗粒介质的 DEM 建模。GNU 通用公共许可证 3 编程语言：C++、Python 问题性质：颗粒形状是颗粒介质物理和机械行为的重要方面的基础。无法对颗粒形状进行真实可靠的建模，这一直是基于离散的数值方法解决颗粒材料实际问题的主要障碍。求解方法：SudoDEM 在离散元法中实现了三种非球形颗粒之间接触检测的通用算法，它提供了丰富的颗粒形状库，可用于颗粒介质的 DEM 建模。无法对颗粒形状进行真实可靠的建模，这一直是基于离散的数值方法解决颗粒材料实际问题的主要障碍。求解方法：SudoDEM 在离散元法中实现了三种非球形颗粒之间接触检测的通用算法，它提供了丰富的颗粒形状库，可用于颗粒介质的 DEM 建模。无法对颗粒形状进行真实可靠的建模，这一直是基于离散的数值方法解决颗粒材料实际问题的主要障碍。求解方法：SudoDEM 在离散元法中实现了三种非球形颗粒之间接触检测的通用算法，它提供了丰富的颗粒形状库，可用于颗粒介质的 DEM 建模。