本书系统介绍了爆炸与冲击效应数值计算物质点法高精度算法、物质点法与多种传统方法的统一求解与耦合算法，阐述了物质点法和典型耦合算法的大规模并行计算技术，介绍了以物质点法为核心的超级计算软件系统的设计与实现，详细说明了软件系统的操作使用指南，对读者了解物质点法关键技术和理论体系，运用软件系统(MaPoSS2.0)进行爆炸与冲击效应大规模并行计算具有参考价值。

本书可供爆炸与冲击动力学、武器效应与毁伤评估、防护工程、软件工程以及其他相关领域的科研和工程技术人员使用。

第1章绪论1

1.1常用数值计算方法与软件1

1.2并行计算技术1

1.2.1并行计算算法设计2

1.2.2并行计算性能评价指标3

第2章物质点法理论与算法6

2.1标准物质点法的基础理论及算法6

2.1.1标准物质点法求解格式7

2.1.2物质点法基础算法介绍10

2.2高精度时间间断物质点法14

2.2.1算法构造15

2.2.2典型算例19

2.3高精度交错网格物质点法24

2.3.1算法构造24

2.3.2典型算例31

2.4浸没物质点有限元法38

2.4.1算法构造39

2.4.2典型算例42

2.5基于浸没边界的耦合物质点有限差分法50

2.5.1算法构造50

2.5.2典型算例56

2.5.3试验验证67

2.6耦合物质点ALE法74

2.6.1算法构造74

2.6.2典型算例81

2.7耦合物质点离散元法88

2.7.1算法构造88

2.7.2典型算例97

参考文献114

第3章物质点法高性能并行计算技术133

3.1物质点并行计算技术基础133

3.1.1基于MPI的物质点法并行计算技术135

3.1.2基于OpenMP的物质点法并行计算技术146

3.2基于多核处理器的高性能并行计算技术159

3.2.1纯物质点法高性能并行计算159

3.2.2耦合物质点有限差分法高性能并行计算169

3.2.3浸没物质点有限元法高性能并行计算173

3.3基于众核处理器的高性能并行计算技术177

3.3.1访存优化180

3.3.2计算优化181

3.3.3从核加速182

3.3.4自适应DMA读取183

3.3.5预取和双缓冲184

3.3.6典型测试算例——从核处理器并行计算加速测试184

参考文献186

第4章爆炸与冲击效应高性能计算系统设计与实现188

4.1软件系统总体设计188

4.1.1总体框架188

4.1.2内部接口189

4.2前处理模块设计与实现191

4.2.1前处理流程设计192

4.2.2图形化交互式建模192

4.2.3多种类仿真模型生成204

4.2.4第三方模型调用及转换接口214

4.2.5求解器调用与过程监控220

4.3核心求解模块设计与实现225

4.3.1CSCI（Computer Software Configuration Item）级设计227

4.3.2接口设计228

4.3.3CSCI详细设计241

4.3.4材料模型及材料库单元详细设计258

4.3.5标准物质点法求解器设计261

4.3.6高精度物质点法求解器设计274

4.3.7浸没物质点有限元求解器设计283

4.3.8耦合物质点有限差分法求解器设计294

4.3.9耦合物质点ALE法求解器设计297

4.3.10并行求解器设计与实现299

4.4后处理模块设计与实现307

4.4.1后处理流程设计308

4.4.2后处理用户交互模块309

4.4.3文件并行读写316

4.4.4后处理任务负载均衡318

4.4.5后处理任务管理及通信319

4.4.6大规模可视化算法管理321

4.4.7科学大数据并行可视化渲染323

第5章软件系统使用指南325

5.1前处理模块325

5.1.1基本求解参数设置325

5.1.2文件操作332

5.1.3材料管理346

5.1.4算例库350

5.1.5任务操作352

5.1.6典型算例前处理操作指南——Taylor杆碰撞问题354

5.2高性能计算模块357

5.2.1面向国产众核异构计算机的模块使用方法357

5.2.2面向多核计算机系统的模块使用方法366

5.3后处理模块367

5.3.1类型选择界面367

5.3.2后处理文件管理368

5.3.3属性与颜色管理369

5.3.4参数管理370

5.3.5可视化加速管理370

5.3.6可视化算法管理371

5.3.7在集群上使用加速工具372

5.3.8可视化渲染375

5.4并行Paraview配置及使用376

5.4.1Paraview并行设置连接服务器376

5.4.2并行环境配置377

5.5关键字使用手册382

5.5.1通用关键字382

5.5.2高精度物质点法431

5.5.3浸没物质点有限元法433

5.5.4耦合物质点有限差分法443

5.5.5耦合物质点ALE法452

物质点法摆脱了有限元法依赖单元网格而受制于网格的缺陷，对求解大变形问题具有独到的优势。依托物质点法的高精度算法，高动态、强耦合问题的计算精度和效率得到大幅提升，物质点法与有限元法、有限差分法、离散元法等传统方法的统一求解和耦合算法实现了多种方法的优势互补，因此，基于上述核心算法开发的软件系统在计算精度、效率以及求解规模等方面实现了大跨度提高，可适配个人计算机、工作站、高性能计算集群、多核超级计算机、众核超级计算机等硬件平台，兼容Windows、Linux、神威睿思（国产）等操作系统，并在国产超级计算平台上实现了百万核并行、百亿自由度超级计算。

本书重点介绍了作者团队近十年的最新研究与工作进展，主要内容包括爆炸与冲击效应高精度算法、物质点法与多种典型传统方法的统一求解与耦合算法、以物质点法为核心的高性能并行计算技术、超级计算软件系统设计与实现、软件系统（MaPoSS 2.0）操作使用指南、典型工程应用实例等。

本书作者团队还包括施鹏、黄咏政、姚金鑫、张庭玮、张雄、王彦棡、郑勇刚、黄鹏、廉艳平、刘岩、马上、杨鹏飞、张帆、梁勇、倪锐晨、阚镭、张衍涛等。本书在撰写过程中得到了清华大学、北京理工大学、大连理工大学、中国科学院计算机网络信息中心、中国科学院力学研究所等单位的帮助，得到了崔俊芝院士和杨秀敏院士的指导，在此一并表示感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在疏漏、不妥之处，敬请读者批评指正。

作者

2026年5月于北京