光滑數值流形法研究及其在岩石動態破壞分析中的套用

《光滑數值流形法研究及其在岩石動態破壞分析中的套用》是依託天津大學，由劉豐擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光滑數值流形法研究及其在岩石動態破壞分析中的套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉豐
• 依託單位：天津大學

項目摘要

岩石在動力載荷作用下往往發生動態破壞，這一情況普遍存在於爆破、岩爆、地震防護等工程問題中，因此研究岩石在動力載荷作用下的回響對評價岩土工程的安全性具有重要意義。兼具連續和非連續特性的數值流形法在岩體破壞的全過程回響中已經取得不少成果。但常見的數值流形法採用的是三角形插值，屬於常應變單元，精度很差，這限制著數值流形法在動力破壞問題中的進一步套用。. 本項研究擬在數值流形法的框架下，引入光滑有限元中的“應變光滑”技術，將流形法的連續、非連續特性同光滑有限元的高精度結合起來，建立模擬岩石動力破壞全過程的光滑數值流形法。同時利用SHPB和超高速攝影技術開展不同載入率下的平板撞擊實驗，並由此建立率相關的岩石動態破壞準則。最後將岩石動態破壞準則加入光滑數值流形法，用於模擬岩石動態破壞全過程回響，並嘗試解釋岩石動態破壞的率相關性，為探索岩石動態破壞機理提供技術支撐。

結題摘要

岩石中往往包含大量裂紋、節理等不連續線。裂紋的萌生、擴展和貫通引起岩石的破壞，最終引發工程事故。因此研究岩石在靜、動荷載下的破壞過程，具有重要的現實意義。 常規數值流形法基於三角形插值，精度很差，限制著數值流形法的進一步套用。本項目首先將光滑有限元中的邊光滑技術引入數值流形法，建立了高精度的光滑數值流形法。緊接著將光滑數值流形法用於裂紋擴展問題中，建立考慮混合單元影響的修正的擴展光滑數值流形法，大大提高了數值流形法的精度和求解效率。基於四叉樹格線，建立了規則格線下的h自適應數值流形法，並將其套用於彈性力學問題和裂紋擴展問題。另外建立了基於三角形格線快速有效的顆粒堆積方法，為顆粒型離散元方法提供了一種新的建模方法。最後為塊體DDA建立了一套前處理程式，並將其用於動態裂紋分叉問題。 本項目顯著提高了數值流形法的精度，有助於數值流形法進一步套用於岩石力學問題里。針對塊體DDA的研究，擴寬了DDA方法的套用範圍，使得DDA方法能更好地模擬完整岩石的破壞，為相關岩石工程問題提供技術支撐。