裂紋演化的廣義粒子動力學數(shù)值模擬.pdf

1、在深部巖體開采中，由于巖石材料天然的固有變異性以及其內(nèi)部預存在的各種缺陷、裂隙、孔洞等軟弱面，使得巖石材料的力學性能以及破壞模式有著非常大的不確定性，所以對于含預制裂紋巖石材料的裂紋萌生及擴展模式的研究受到了很多學者的關(guān)注。本文通過對含預制裂紋的巖石材料進行二維和三維的數(shù)值模擬計算，得到預制裂紋對巖石材料的破壞機理和力學性能的影響。
　　在之前的研究當中，由于各種數(shù)值研究方法，如有限差分法、有限元法、數(shù)值流形法等方法在模擬高應變率

2、大變形問題方面的缺陷，一種新的方法—無網(wǎng)格法更多的應用于模擬大變形等問題中。顧名思義，無網(wǎng)格法無需生成網(wǎng)格，而是用各個離散的粒子點，并通過這些粒子來承擔荷載進而來模擬材料的各種受力情況。本文采用廣義粒子動力學法（General Particle Dynamics,GPD法）對含預制裂紋的二維和三維模型進行數(shù)值模擬計算，主要的研究內(nèi)容有：
　　①編寫優(yōu)化了GPD程序的前處理程序，將使用AutoCAD平臺繪制的模型文件，通過利用C語言

3、編寫的程序?qū)⑵鋵氲紾PD計算程序中，大大方便了二維和三維模型的建立；
　　②通過使用核函數(shù)近似和粒子近似方法，并引入巖石強度的本構(gòu)方程，編寫了用于模擬計算巖石二維和三維裂紋擴展的GPD程序，并使用Python語言編寫了一套用于后處理數(shù)據(jù)可視化的軟件系統(tǒng)；
　?、蹖τ趲r石材料裂紋擴展的二維模擬計算，選擇了兩組不同的十字正交裂紋傾角的模型，每組模型當中又包括三種不同的裂紋間距布置模式，得到了：在單軸壓縮條件下，十字裂紋之間的連

4、接模式主要是翼形裂紋連接，剪切裂紋的數(shù)量和長度都非常小；隨著裂紋間距由0mm、10mm、20mm逐漸增加，裂紋的起裂應力和峰值應力降低。此外在裂紋傾角為45°時，對應的起裂應力和峰值應力都相比裂紋傾角為0°時要高；
　?、軐τ趲r石材料裂紋擴展的三維模擬計算，選擇了相同的裂紋傾角，不同的裂紋間距的三個模型進行模擬計算，結(jié)果顯示在十字裂紋傾角為45°時三維裂紋萌生擴展中，翼形裂紋占絕大多數(shù)，此外還有少量的剪切裂紋產(chǎn)生。裂紋間距對于材料