武漢巖土所巖石動態開裂快速連續到非連續分析方法研究獲進展

2021-01-08 中國科學院
武漢巖土所巖石動態開裂快速連續到非連續分析方法研究獲進展

2019-07-09 武漢巖土力學研究所

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  深部地下工程在爆破開挖、地震作用下的巖體開裂破壞實質是一個動態的過程,準確分析模擬其過程需要建立巖石動態開裂破壞過程的連續到非連續數值模擬分析方法。經典細胞自動機方法計算無需組裝總體剛度矩陣,極大節省計算內存,但是計算效率相比傳統有限元等方法有所降低,因此,在傳統的連續到非連續細胞自動機方法的基礎上,中國科學院武漢巖土力學研究所智能巖石力學課題組建立了巖石動態開裂破壞過程模擬分析的快速連續非連續細胞自動機方法。

  該方法提出了快速更新因子的概念,對每一次元胞更新放大一定的倍數,即為快速更新因子。該快速更新因子隨著更新殘差自適應調整,通過建立快速更新因子的自適應調整策略,使其隨更新不斷逼近最佳。並在此基礎上,建立了巖石動態開裂破壞過程連續到非連續細胞自動機方法,構造了裂紋擴展過程的物理力學量自適應繼承策略和穩定的時間差分方案,可以實現深部地下洞室開挖等動態擾動過程中的巖石開裂破壞全過程精細模擬。基於這些技術,模擬分析過程計算機內存和計算效率都得到了大幅提高,並且均優於傳統有限元等方法。

  相關成果發表於Applied Mathematical modelling 和Engineering Fracture Mechanics,第一作者為武漢巖土所研究員晏飛,通訊作者為研究員潘鵬志。

  論文連結:1 2 

 

圖1 計算內存消耗與有限元比較 

 

圖2 計算CPU時間與有限元比較 

 

圖3 巖石裂紋KI隨計算時間的演化 

 

圖4 巖石裂紋KII隨計算時間的演化 


  深部地下工程在爆破開挖、地震作用下的巖體開裂破壞實質是一個動態的過程,準確分析模擬其過程需要建立巖石動態開裂破壞過程的連續到非連續數值模擬分析方法。經典細胞自動機方法計算無需組裝總體剛度矩陣,極大節省計算內存,但是計算效率相比傳統有限元等方法有所降低,因此,在傳統的連續到非連續細胞自動機方法的基礎上,中國科學院武漢巖土力學研究所智能巖石力學課題組建立了巖石動態開裂破壞過程模擬分析的快速連續非連續細胞自動機方法。
  該方法提出了快速更新因子的概念,對每一次元胞更新放大一定的倍數,即為快速更新因子。該快速更新因子隨著更新殘差自適應調整,通過建立快速更新因子的自適應調整策略,使其隨更新不斷逼近最佳。並在此基礎上,建立了巖石動態開裂破壞過程連續到非連續細胞自動機方法,構造了裂紋擴展過程的物理力學量自適應繼承策略和穩定的時間差分方案,可以實現深部地下洞室開挖等動態擾動過程中的巖石開裂破壞全過程精細模擬。基於這些技術,模擬分析過程計算機內存和計算效率都得到了大幅提高,並且均優於傳統有限元等方法。
  相關成果發表於Applied Mathematical modelling 和Engineering Fracture Mechanics,第一作者為武漢巖土所研究員晏飛,通訊作者為研究員潘鵬志。
  論文連結:1 2 
   
  圖1 計算內存消耗與有限元比較 
   
  圖2 計算CPU時間與有限元比較 
   
  圖3 巖石裂紋KI隨計算時間的演化 
   
  圖4 巖石裂紋KII隨計算時間的演化 
  

列印 責任編輯:葉瑞優

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