尺寸为158mm×77.4mm×7.7mm的手机模型在距离地面13mm处以20mm/s的初速度跌落，模拟其在2s内冲击地面的物理过程。手机材质为各向同性的匀质材料，质量密度1.18×10-9t/mm3，弹性模量2330MPa，泊松比0.35。地面为刚性平面壳，并约束其全部自由度。分别建立节点规模为35万、92万和158万的有限元模型，并在不同系统下分别用GFE软件和软件A进行计算，对比其计算效率和计算结果。

有限元模型如图1所示，模型总节点数为350393个，总单元数为240096个，其中四边形刚体单元121个，二阶四面体单元239975个。Windows10系统下，11代酷睿i7(11th Gen Intel(R) Core(TM) i7-11700F @ 2.50GHz)处理器下，采用12核心线程计算，软件A双精度计算时长为32分。Ubuntu系统下，双精度计算，GFE在NVIDIA GeForce RTX 2080单卡计算时长为18分12秒，双卡计算时长为10分17 秒。GFE计算效率约为软件A的1.8-3倍。

图1    3万节点手机跌落模型

图2、图3和图4给出了模型最后时刻位移云图、地面所受反力时程和不同时刻Mises应力云图。由图可知，两款软件的计算结果吻合较好。

图2     最后时刻位移云图

图3     地面法线方向反力时程

图4     不同时刻Mises应力云图

有限元模型如图5所示，模型总节点数为929774个，总单元数为652180个，其中四边形刚体单元121个，二阶四面体单元652059个。Windows10系统下，11代酷睿i7（11th Gen Intel（R） Core（TM） i7-11700F @ 2.50GHz）处理器下，采用12核心线程计算，软件A双精度计算时长为1时20分42秒。Ubuntu系统下，双精度计算，GFE在NVIDIA GeForce RTX 2080单卡计算时长为36分19秒，双卡计算时长为23分32秒。GFE计算效率约为软件A的2.2-3.5倍。

图5     92万节点手机跌落模型

图6、图7和图8给出了模型最后时刻位移云图、地面所受反力时程和不同时刻Mises应力云图。由图可知，两款软件的计算结果吻合较好。

图6     最后时刻位移

图7     地面法线方向反力时程

图8     不同时刻Mises应力云图

有限元模型如图9所示，模型总节点数为1585337个，总单元数为1123444个，其中四边形刚体单元64个，二阶四面体单元1123380个。Windows10系统下，11代酷睿i7（11th Gen Intel（R） Core（TM） i7-11700F @ 2.50GHz）处理器下，采用12核心线程计算，软件A双精度计算时长为2时21分53秒。Ubuntu系统下，双精度计算，GFE在NVIDIA GeForce RTX 2080单卡计算时长为57分19秒，双卡计算时长为32分32秒。GFE计算效率约为软件A的2.5-4.37倍。

图9    158万节点手机跌落模型

图10、图11和图12给出了模型最后时刻位移云图、地面所受反力时程和不同时刻Mises应力云图。由图可知，两款软件的计算结果吻合较好。

图10    最后时刻位移云图

图11     地面法线方向反力时程

图12     不同时刻Mises应力云图

本篇继续通过一个手机跌落冲击地面的算例对GFE的通用接触功能进行测试验证。结果表明，在不同网格密度下，GFE软件计算结果皆准确，与某国际知名通用有限元软件A的结果基本一致；GFE计算效率约为软件A的1.8-4.37倍，且模型越大，加速效果越明显。同时，使用双卡计算比单卡计算快约1.6-1.7倍。