【技术实现步骤摘要】
基于FFT法确定非均质岩石裂纹扩展路径的计算方法
本专利技术涉及计算力学数值模拟方法与工程断裂力学
，尤其涉及一种基于FFT法确定非均质岩石裂纹扩展路径的计算方法。
技术介绍
非均质岩石材料的断裂机理及预测一直是实际工程问题中的研究热点。非均质材料中存在初始孔隙、夹杂及微裂纹等缺陷，将导致材料受到外部荷载作用时，其微观、宏观裂纹的开展和演化过程变得十分复杂。而传统的线弹性断裂力学不能描述材料的微观结构，无法预测非均质材料中的裂纹开展过程，所以提出一种能够很好地模拟裂纹的形成和发展的新方法尤为重要。近年来，在计算力学领域，相场方法开始应用于模拟断裂。相场法通过引入一个耗散的相场变量d∈[0,1]，其中0代表完整的材料，1代表完全的断裂状态即裂纹。与传统方法相比，相场方法克服了经典断裂力学理论框架需要复杂的裂纹发展判定法则的不足，通过相场变量显式地追踪裂缝扩展，且不需要额外追踪裂缝的几何形状，在计算裂缝三维扩展和裂缝分叉等裂缝复杂扩展路径时具有独特优势。然而，目前的相场方法在数值实现上多是基于传统的有限元框架，数值...
【技术保护点】
1.一种基于FFT法确定非均质岩石裂纹扩展路径的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS20，在非均质岩石材料的特征单元体计算网格上施加宏观应变增量，根据参数输入值，初始化数值计算参数，根据初始应变场计算相场初始相场历史变量；/nS30，将初始相场历史变量代入相场控制方程，将相场控制方程进行快速傅里叶变换，推导出傅里叶空间中固定点相场迭代格式；基于斯特芬森加速固定点迭代方法，迭代计算相场变量，直至满足迭代收敛条件，结束迭代并进行傅里叶逆变换，计算真实空间中初始相场变量；将初始相场变量代入材料本构关系获得计算网格材料点的应力和应变初始值，根据应力和应变初始值确定应力场；/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于FFT法确定非均质岩石裂纹扩展路径的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S20，在非均质岩石材料的特征单元体计算网格上施加宏观应变增量，根据参数输入值，初始化数值计算参数，根据初始应变场计算相场初始相场历史变量；
S30，将初始相场历史变量代入相场控制方程，将相场控制方程进行快速傅里叶变换，推导出傅里叶空间中固定点相场迭代格式；基于斯特芬森加速固定点迭代方法，迭代计算相场变量，直至满足迭代收敛条件，结束迭代并进行傅里叶逆变换，计算真实空间中初始相场变量；将初始相场变量代入材料本构关系获得计算网格材料点的应力和应变初始值，根据应力和应变初始值确定应力场；
S40，根据应力场进行应力平衡条件收敛性判断，如果满足收敛条件，进入步骤S50中的宏观应变增量的施加；否则，在FFT计算框架中，采用交错求解方法，先根据应变初始值，计算Lippmann-Schwinger周期性方程，更新网格材料点应变场；再固定应变场，计算网格材料点相场历史变量，依据步骤S30迭代计算本时步网格材料点的相场变量及应力，直至满足迭代应力平衡收敛条件，结束迭代并更新本时步的网格材料点的相场变量及应力；
S50，根据各网格材料点的应力，确定所有网格材料点的体积平均，计算出特征单元体的宏观应力值，完成本时步的计算，返回执行步骤S20，并以本时步的宏观应力值作为步骤S20的参数输入值，直至加载到指定宏观应变值，以获得整个加载过程的相场d的演化云图，确定裂纹的扩展路径。
2.根据权利要求1所述的基于FFT法确定非均质岩石裂纹扩展路径的计算方法，其特征在于，在步骤S20之前，还包括：
S10，基于相场模型的相场变量，根据材料类别，确定材料劣化函数及相场方法计算控制方程。
3.根据权利要求1所述的基于FFT法确定非均质岩石裂纹扩展路径的计算方法，其特征在于，基于相场模型的相场变量，根据材料类别，确定材料劣化函数及相场方法计算控制方程包括：
基于相场模型的相场变量，根据材料类别，确定材料劣化函数，采用材料劣化函数对弹性应变能进行劣化，获得材料的总势能，使总势能包括弹性应变能和断裂能，以依据能量最小变分原理确定相场方法计算控制方程。
4.根据权利要求3所述的基于FFT法确定非均质岩石裂纹扩展路径的计算方法，其特征在于，所述材料劣化函数包括：
其...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹亚军，刘世藩，王伟，邵建富，李海峰，朱其志，张瑨，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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