一种新型裂纹扩展模拟方法和装置

本发明涉及裂纹扩展模拟，特别涉及一种新型裂纹扩展模拟方法和装置。

背景技术：

1、在矿产开采、隧道开挖、水利运输等岩体工程中，在外载作用下，岩石中裂纹容易起裂、扩展、贯通而导致断裂，从而引起工程安全隐患问题。因此，研究岩体中裂纹的扩展过程对岩体工程的安全评估、防灾减灾等具有重大的理论和实际意义。离散元由于其独特的优势，在模拟材料断裂方面应用广泛。现有基于离散元的断裂问题模拟中，大都以接触的断裂表征裂纹的扩展，即裂纹扩展只能沿着预定的接触方向，原有位置处颗粒会限制裂纹的扩展方向。因此，有必要建立新型裂纹扩展模拟方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明公开一种新型裂纹扩展模拟方法，其技术方案如下：

2、s1，生成多个紧密堆积的圆形单颗粒模型；

3、s2，生成多面体，同时对多面体之间的接触赋予黏结；

4、s3，对每个多面体赋予初始强度属性，进行多面体集合体破碎离散元数值模拟。

5、有益效果

6、(1)基于颗粒切割方式实现裂纹扩展路径的任意性，不再受原颗粒的限制。

7、(2)基于颗粒切割方式实现颗粒破碎，弥补了传统离散元方法中单个子颗粒不可破碎的问题，能更真实模拟岩石压缩过程中的断裂问题。

技术特征：

1.一种新型裂纹扩展模拟方法，其特征为：

2.根据权利要求1所述的新型裂纹扩展模拟方法，其特征为：根据室内试验试样的颗粒粒度范围，生成与室内试验试样的颗粒粒度范围一致的多个紧密堆积的圆形单颗粒模型。

3.根据权利要求2所述的新型裂纹扩展模拟方法，其特征为：基于所建立的紧密堆积的圆形单颗粒模型，将原来的每个圆形单颗粒转化为包围该单颗粒的多面体，对最终转化的所有多面体间的接触赋予黏结。

4.根据权利要求3所述的新型裂纹扩展模拟方法，其特征为：根据多面体的面积或体积大小，对多面体颗粒赋予与尺寸相关的初始强度。对模型进行加载，监测符合满足破碎条件的多面体，对其进行切割处理，同时对切割形成的子颗粒赋予与尺寸相关的初始强度，达到预设的计算终止条件时停止加载。

5.根据权利要求3所述的新型裂纹扩展模拟方法，其特征为：

6.根据权利要求4所述的新型裂纹扩展模拟方法，其特征为：

7.根据权利要求6所述的新型裂纹扩展模拟方法，其特征为：所述s13步骤进一步包括如下内容：颗粒沿最大主应力方向破碎成为两个子颗粒，裂纹扩展不再固定沿着颗粒表面，而是通过颗粒内部，不同颗粒的由于应力状态不一致而导致裂纹扩展方向是不一致的，基于此实现了裂纹扩展的任意性，且最大主应力方向可根据实际需求修改为其他方向。

8.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。

9.一种新型裂纹扩展模拟电子装置，其特征在于，包含处理器和存储器；所述存储器中存储有计算机可读指令，所述处理器用于运行所述计算机可读指令，其中，所述计算机可读指令运行时执行权利要求1至7中任意一项所述的方法。

技术总结
一种新型裂纹扩展模拟方法及其装置，包括：生成多个紧密堆积的圆形单颗粒模型；生成多面体，同时对多面体之间的接触赋予黏结；对每个多面体赋予初始强度属性，进行多面体集合体破碎离散元数值模拟。本发明解决了传统裂纹扩展模拟方法中，裂纹只能沿接触界面扩展的问题，与传统裂纹扩展模拟方法相比，该方法在模拟裂纹扩展方向上不必受原有颗粒影响，裂纹扩展路径可以穿过颗粒内部，实现裂纹扩展方向的任意性，为进一步认识颗粒破碎的微观力学机制和可破碎颗粒材料的宏观力学行为提供了有效技术手段。

技术研发人员：肖源杰,谭攀,王萌,王小明,华文俊,彭友全,李文奇,陈宇亮,李志勇,陈伟
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15