【摘 要】
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基于三角网格的几何特征,提出了一种利用有限元方法模拟岩体裂纹扩展的网格开裂技术(TMSM)。该方法在传统有限元变形场、应力场分析的基础上,通过远场围线积分获取裂尖应
【机 构】
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中国石油大学 石油工程学院,山东 青岛 266580
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基于三角网格的几何特征,提出了一种利用有限元方法模拟岩体裂纹扩展的网格开裂技术(TMSM)。该方法在传统有限元变形场、应力场分析的基础上,通过远场围线积分获取裂尖应力强度因子KI和KII;采用最大周向应力准则确定裂纹扩展角θC,并通过矢量叉乘运算确定开裂单元;最后通过裂尖局部单元网格开裂或节点移动实现裂纹扩展的动态模拟。由于在该方法中,裂纹可以直接劈开一个单元,或沿单元边界扩展,因此裂纹可以沿任意路径扩展而不受初始网格的限制。以有限宽中心裂纹板、曲线翼型裂纹扩展和含孔洞多裂隙岩体的裂纹扩展为例,验证了网格开裂算法的适用性,结果表明:该方法不仅具有较高的断裂参数计算精度,而且可以准确地模拟拉伸、压剪等复杂应力状态下的裂纹萌生和扩展;由于无需在裂纹尖端构建奇异单元,更无需在裂尖进行网格局部加密,因此与现有的网格重构算法相比,该算法显著提高计算效率。
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