拟脆性材料损伤全自动数值仿真研究中国地震局工程力学研究所

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拟脆性材料损伤全自动数值仿真研究

发布时间： 2024-06-24 点击数量：7327

科学问题

提出网格剖分和荷载步长自适应的拟脆性材料损伤演化算法，提高网格局部细化效率，减少非线性方程计算总步数。

研究进展

论文提出了基于比例边界有限元法的拟脆性材料静力损伤演化模拟方法。采用积分型非局部损伤模型描述裂缝发展过程，有效缓解了损伤路径对网格剖分的依赖问题；借助四叉树自动划分网格技术，极大提高了损伤因子驱动的材料损伤区及邻域网格细化效率；充分利用四叉树网格的几何相似性，显著简化了更新网格有限元矩阵的求解过程、以及新旧网格间单元变量的映射算法。最后，提出融合自适应网格划分和自动荷载步的损伤全自动分析框架。通过对比已有算例（图1，图2）验证了所提方法的准确性和有效性。

应用前景

所提方法物理概念清晰、数值实现简单，可为研究动力荷载下混凝土、岩石等拟脆性材料损伤仿真提供关键技术手段。

该成果发表在国际权威期刊《Engineering Analysis with Boundary Elements》（Yanling Qu*, Lingxin Zhang. Development of a fully automatic damage simulation framework for quasi-brittle materials. 2023，157:578-595. doi: 10.1016/j.enganabound.2023.10.004）

图1 四点受剪作用下单边切口梁损伤演化

图2 轴拉作用下凿孔平板损伤演化

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