有限离散单元法（finite-discrete element method）的最新研究进展

 

目前的工作提出了一种有限元法和离散元法（FEM-DEM）的混合策略，该策略将经典的有限元和离散元方法结合在一个通用工具中，并说明了其在实验准静态测试和地震作用期间再现砌体真实行为的能力。数字实现可在开源LMGC90代码中获得。在这种混合方法中，各向异性可破坏变形块体通过摩擦内聚行为控制的接触接头相互作用。DEM框架允许块体的大位移、旋转和完全分离，而FEM模型通常忽略了这一点。对比工作的重点是混合模型在有限元微观和宏观建模（也称为基于块体的描述或连续同质描述）以及使用刚性块体的DEM方面的优缺点。在这方面，通过实验基准进行了验证，并讨论了对角线压缩测试的结果。然后，本工作中的主要应用涉及砌体跨拱顶的抗震评估。数值结果的关键方面涉及该方法根据实际裂缝模式，考虑到砌体的实际立体剖切和大变形，提供与改造工程相关的破坏机制的真实预测的能力

 

 

 

 

本文介绍了一种新的FEM-DEM局部变换方法，用于精确模拟损伤岩体中的裂纹分布。该方法将破碎和破裂的岩体元素转换为颗粒元素，避免了裂纹扩展中的网格依赖，在不影响计算效率的情况下提高了精度。为了验证该方法的可行性，采用三种方法对有机玻璃（PMMA）进行了二维爆破数值模拟：离散元法（DEM）、连续离散单元法（CDEM）和FEM-DEM局部变换法，并将结果与实验数据进行了比较。结果表明，FEM-DEM局部变换方法能够准确地表征PMMA板的挤压区和裂纹区，与实验结果一致；虽然DEM和CDEM只能代表PMMA板裂纹区的特征形态，但在描述挤压区时不够准确。采用FEM-DEM方法建立了三维爆破漏斗模型，确定了三种炸药的相对威力。结合数值模拟和实验分析。结果表明，FEM-DEM方法准确地描述了爆破漏斗的形状，与实验值相比误差较小，证实了其准确性。此外，研究表明，多孔硝酸铵燃料油炸药比改性硝酸铵燃料石油炸药具有更高的刚度，而乳化硝酸铵燃料燃料石油炸药的刚度较低，这与数值计算和现场实验一致。这些结果为优化爆破参数和推进精确爆破技术提供了可靠的数值方法。

 

 

 

 

混凝土的动力特性与应变速率有关，它影响结构的破坏模式。在本研究中，开发了一种动态荷载下混凝土结构的多尺度建模方法，该方法将宏观有限元法（FEM）和中尺度离散元法（DEM）相结合。采用宏观有限元法分析了结构的动力响应，并采用中尺度DEM模拟了由骨料、砂浆和界面组成的代表性体积单元（RVE），以捕捉混凝土的应变速率效应。通过充分利用宏观和中尺度模拟的优势，不再需要使用复杂的本构定律或与输入速率相关的参数进行宏观有限元建模，因为混凝土断裂可以通过中尺度RVE的破坏过程来明确说明。将该方法应用于混凝土梁和Koyna大坝，以验证其适用性。这些实际比较表明，在地震荷载作用下，地震抗拉强度随着应变速率的增加而增加，并且所提出的方法充分模拟了混凝土的实际重复裂缝闭合过程。

 

 

 

 

随着交通量的突飞猛进，沥青表层的恶化成为道路网络成本的主要原因。在基础设施老化和维护资源有限的情况下，深入了解轮胎与路面的相互作用对于优化沥青路面的表面设计至关重要。目前大多数轮胎-路面相互作用研究都是在连续体力学框架下使用有限元方法（FEM）进行的，这表明在模拟沥青混合料的不连续性方面存在局限性。离散元方法（DEM）为在颗粒水平上检测沥青混合料的力学性能提供了一种很有前途的方法，但它不足以建模可变形轮胎结构和捕捉路面上真实的轮胎接触力。在本研究中，通过从有限元模型中实现具有滚动轮胎载荷的沥青混合料的DEM模型，开发了一种用于轮胎-路面相互作用建模的FEM-DEM耦合策略。基于对真实滚动轮胎载荷条件的模拟，该耦合算法可以研究颗粒力链网络的演变、颗粒位移和速度分布、单个颗粒的运动以及沥青混合料内的颗粒接触力特性。本研究对连续力学和离散力学方法进行了丰富的扩展，用于分析沥青混合料在滚动轮胎荷载下的响应，为路面表面设计提供了见解。

 

 

 

 

在本研究中，使用混合FEM/DEM模型分析了水泥砂浆-粘土岩（C–C）二元体的破坏过程。首先，使用改进的压力相关内聚单元来模拟二元界面的力学性能。然后，基于新的界面粘聚力单元和粘土岩石的FDEM模型，建立了粘土岩石中水泥锚固件的数值模型。最后，通过数值模型和相应的物理模型试验，分析了锚固的脱胶和滑移破坏过程。结果表明：除界面脱粘外，弱侧材料（粘土岩）的断裂也是C–C二元体系的一种潜在破坏模式。粘土岩具有较大的内摩擦角，但内聚力较小，因此当法向压力达到200kPa时，破坏模式从粘土岩的剪切破坏转变为界面的脱粘。锚的破坏也可能是由软岩中剪切破坏区的产生而不是界面脱胶引起的。因此，在计算锚固阻力时也应考虑岩石的抗剪强度。