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多裂纹扩展的数值流形法 被引量:17
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作者 徐栋栋 郑宏 +1 位作者 杨永涛 邬爱清 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期471-481,共11页
数值流形法的求解体系建立在两套覆盖(包括数学覆盖和物理覆盖)和接触环路的基础之上,实现了对连续和非连续问题的统一求解.在处理裂纹问题时,数学覆盖无需与裂纹重合,方便岩体破坏过程的模拟.通过在裂纹尖端影响区域内的物理片上增加... 数值流形法的求解体系建立在两套覆盖(包括数学覆盖和物理覆盖)和接触环路的基础之上,实现了对连续和非连续问题的统一求解.在处理裂纹问题时,数学覆盖无需与裂纹重合,方便岩体破坏过程的模拟.通过在裂纹尖端影响区域内的物理片上增加用于模拟应力奇异性的增强位移函数,发展了扩展的数值流形法.在此基础上,提出一种多裂纹扩展的控制算法,并给出了裂纹扩展过程中材料体的整体响应.针对典型的线弹性断裂力学问题,给出的数值算例表明所建议的方法是正确有效的. 展开更多
关键词 数值流形法 物理覆盖 数学覆盖 接触环路 多裂纹扩展 随机裂纹 三条分叉裂纹
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基于改进型近场动力学方法的多裂纹扩展分析 被引量:16
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作者 秦洪远 黄丹 +1 位作者 刘一鸣 章青 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期31-38,共8页
在非局部键型近场动力学理论基础上,提出了能够反映混凝土、岩石类材料力学特性和非局部长程力尺寸效应的改进型近场动力学微极模型,弥补常规微观弹脆性(Prototype Microelastic Brittle,PMB)键型近场动力学本构模型的应用范围限制和定... 在非局部键型近场动力学理论基础上,提出了能够反映混凝土、岩石类材料力学特性和非局部长程力尺寸效应的改进型近场动力学微极模型,弥补常规微观弹脆性(Prototype Microelastic Brittle,PMB)键型近场动力学本构模型的应用范围限制和定量计算误差大等缺陷,并构建了相应的适合于模拟脆性多裂纹扩展问题的近场动力学算法体系。通过对不同核函数修正项对应的近场动力学定量计算结果进行比较,验证了改进型近场动力学模型和数值算法的计算精度并确定了精度最高的核函数修正项;模拟双裂纹脆性板受压和随机多裂纹脆性板受拉的裂纹扩展全过程并与已有结果对比,进一步验证了模型和算法在模拟多裂纹扩展问题时的可靠性。分析了含多裂纹三点弯梁的起裂和裂纹失稳扩展过程,并研究了裂纹初始倾角、初始长度等因素对构件破坏形式和破坏荷载的影响规律。 展开更多
关键词 断裂力学 多裂纹扩展 近场动力学 非局部 破坏模拟
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岩体多裂纹扩展演化过程数值流形方法研究 被引量:7
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作者 韩智铭 刘庆宽 +2 位作者 王雪 谭超 高一帆 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第S01期7-13,共7页
岩体中含有大量节理、裂隙、断层等各类结构面,结构面在应力作用下的扩展与贯通是导致岩体破坏的重要原因。数值流形方法(NMM)可以有效模拟连续和非连续问题,然而,其在多裂纹动态扩展的模拟方面仍处于探索阶段。该文以线弹性断裂力学原... 岩体中含有大量节理、裂隙、断层等各类结构面,结构面在应力作用下的扩展与贯通是导致岩体破坏的重要原因。数值流形方法(NMM)可以有效模拟连续和非连续问题,然而,其在多裂纹动态扩展的模拟方面仍处于探索阶段。该文以线弹性断裂力学原理为基础,提出了一种基于高阶数值流形方法的多裂纹扩展模拟算法。通过在基函数中增加关键项来考虑裂纹尖端位移场的奇异性;裂纹尖端的应力强度因子则采用了J积分来计算;Ⅰ型-Ⅱ型混合裂纹的开裂和扩展方向依据最大周向拉应力准则来判断;采用假设-修正的多裂纹扩展算法解决了多裂纹的扩展问题。根据强化后的基函数,对于不符合单纯形积分形式的被积函数,采用了泰勒级数展开式计算近似解。通过多个静态裂纹扩展的经典问题的数值模拟对计算方法的合理性和计算精度及进行了验证。 展开更多
关键词 多裂纹扩展 数值流形方法 断续节理 应力强度因子 J积分
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脆性多裂纹扩展问题的近场动力学建模分析 被引量:7
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作者 秦洪远 刘一鸣 黄丹 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期497-503,共7页
针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学(PD)理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构... 针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学(PD)理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构建能够以统一的模型和算法自然模拟脆性多裂纹扩展全过程的PD数值体系.通过定量分析确定最佳近场尺寸及核函数,通过双裂纹巴西圆盘和多裂纹脆性板的破坏过程模拟验证所提模型和算法,结果表明:改进型PD模型和数值方法可以定性、定量分析脆性多裂纹扩展问题.模拟单轴拉伸荷载作用下双裂纹脆性板的裂纹扩展过程,得到了初始裂纹分布情况对结构破坏形式和承载能力的影响规律. 展开更多
关键词 多裂纹扩展 脆性破坏 近场动力学(PD) 非局部模型 核函数
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A linearly-independent higher-order extended numerical manifold method and its application to multiple crack growth simulation 被引量:4
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作者 Dongdong Xu Aiqing Wu Cong Li 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2019年第6期1256-1263,共8页
The numerical manifold method(NMM)can be viewed as an inherent continuous-discontinuous numerical method,which is based on two cover systems including mathematical and physical covers.Higher-order NMM that adopts high... The numerical manifold method(NMM)can be viewed as an inherent continuous-discontinuous numerical method,which is based on two cover systems including mathematical and physical covers.Higher-order NMM that adopts higher-order polynomials as its local approximations generally shows higher precision than zero-order NMM whose local approximations are constants.Therefore,higherorder NMM will be an excellent choice for crack propagation problem which requires higher stress accuracy.In addition,it is crucial to improve the stress accuracy around the crack tip for determining the direction of crack growth according to the maximum circumferential stress criterion in fracture mechanics.Thus,some other enriched local approximations are introduced to model the stress singularity at the crack tip.Generally,higher-order NMM,especially first-order NMM wherein local approximations are first-order polynomials,has the linear dependence problems as other partition of unit(PUM)based numerical methods does.To overcome this problem,an extended NMM is developed based on a new local approximation derived from the triangular plate element in the finite element method(FEM),which has no linear dependence issue.Meanwhile,the stresses at the nodes of mathematical mesh(the nodal stresses in FEM)are continuous and the degrees of freedom defined on the physical patches are physically meaningful.Next,the extended NMM is employed to solve multiple crack propagation problems.It shows that the fracture mechanics requirement and mechanical equilibrium can be satisfied by the trial-and-error method and the adjustment of the load multiplier in the process of crack propagation.Four numerical examples are illustrated to verify the feasibility of the proposed extended NMM.The numerical examples indicate that the crack growths simulated by the extended NMM are in good accordance with the reference solutions.Thus the effectiveness and correctness of the developed NMM have been validated. 展开更多
关键词 Numerical MANIFOLD method (NMM) Physical cover multiple crack propagation Linear INDEPENDENCE NODAL stress CONTINUITY
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页岩体多裂纹扩展竞争研究进展
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作者 吴宁 《科技创新与应用》 2023年第27期12-14,19,共4页
岩石多裂纹扩展竞争是一个重要的岩石力学问题,涉及到地质灾害预测、岩石采矿和地质储层开发等方面。该文将介绍页岩多裂纹扩展竞争的研究现状,包括理论研究、实验研究以及数值模拟研究。
关键词 页岩 多裂纹扩展 裂纹竞争 水力压裂 研究进展
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多裂纹扩展的近场动力学方法研究进展
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作者 岳熙 蒋宏婉 +2 位作者 袁森 罗卫东 周小容 《工具技术》 北大核心 2023年第5期3-11,共9页
材料的多裂纹扩展是一种不连续、不规则且复杂的现象。传统连续介质理论解决裂纹扩展问题是基于连续性假设并采用空间微分方程计算模型,在计算时由于裂纹的不连续性而导致奇异性、效率低和精度低。近场动力学方法基于非连续性思想建模,... 材料的多裂纹扩展是一种不连续、不规则且复杂的现象。传统连续介质理论解决裂纹扩展问题是基于连续性假设并采用空间微分方程计算模型,在计算时由于裂纹的不连续性而导致奇异性、效率低和精度低。近场动力学方法基于非连续性思想建模,根据求解空间积分方程描述物质点运动,求解时不会带来奇异性、效率低和精度低等问题,使用此方法研究裂纹扩展将给求解和建模带来优势。本文概述了近场动力学的理论来源、基本理论框架和理论的演化,综述了近场动力学方法应用于脆性金属材料、陶瓷材料和复合材料的多裂纹扩展问题,并对近场动力学方法在硬质合金刀具绿色高效切削航空航天难加工材料方面的发展趋势进行展望。 展开更多
关键词 近场动力学 硬质合金刀具 多裂纹扩展 断裂
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