MultiFracS的自适应有限-离散元法发表于IJRMMS

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【最新论文】YanCZ, Zheng YC, Wang G. A 2D adaptive finite-discrete element method for simulating fracture and fragmentation in geomaterials. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2023,169:105439. (SCI, IF=6.849)

本文提出了一种动态插入节理单元的有限-离散元法（FDEM），我们称之为自适应有限-离散元法。该方法不在一开始就插入节理单元，而是当实体单元边界上的应力满足一定条件时再动态插入节理单元。新方法在节点的运动方程、接触检测和接触力计算、实体单元本构等与传统FDEM是一致，但在节理单元本构以及节点和网格的动态更新方面与传统FDEM方法有根本的不同。由于在连续部分，自适应FDEM的相邻实体单元的节点是共用的，因此能够高精度地模拟连续介质的应力和变形，计算时无需引入虚拟的节理单元参数，实现真正意义上有限元和离散元的耦合。本文给出一个带有解析解的连续介质力学算例对比验证了本文方法的正确性，然后通过巴西劈裂和单轴压缩两个算例，验证了本文方法在模拟以拉伸和压剪为主导的破坏时的适用性。最后模拟了基于SHPB的动态巴西劈裂，说明新方法能够有效模拟动态断裂问题。研究表明，传统FDEM方法的计算结果高度依赖罚节理单元罚参数的取值。而自适应FDEM方法克服了这些缺陷，并且能够提高计算精度和计算效率。该自适应FDEM方法已于2020年在MultiFracS中实现，并且支持CPU多核和GPU并行。