一种基于RKPM-PD耦合算法的岩石裂纹扩展预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于RKPM

【技术实现步骤摘要】
一种基于RKPM
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PD耦合算法的岩石裂纹扩展预测方法


[0001]本专利技术专利属于岩土工程数值计算领域，尤其涉及一种基于重构核函数 (Reproducing kernel particle method,RKPM)与近场动力学(Peridynamic,PD)耦合 算法的裂纹扩展预测方法。

技术介绍

[0002]在岩石材料中存在许多的微裂隙，在工程尺度，岩体中又含有大量的节理与 裂隙。岩体中的这些软弱结构面，是岩石工程失稳破坏的主要影响因素。因此， 预测岩体中裂纹的扩展过程对于揭示岩体的变形和破坏规律以及评价岩土工程 的安全可靠性具有非常重要的意义。同时，高效可控的岩石破裂技术，也是煤层 气及页岩气开采中的关键技术。
[0003]对于岩石裂纹扩展问题，由于其强烈的几何非线性与材料非线性，往往无法 通过解析的形式求解，只能通过数值方法进行模拟研究。传统的有限元方法在模 拟裂纹扩展问题时，由于新裂纹与原始单元界面不一致，需要不断地重新划分网 格，极大地增加了计算工作量。对于复杂的三维裂纹模型，网格的生成也极具挑 战性。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RKPM
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PD耦合算法的岩石裂纹扩展预测方法，其特征在于：(1)首先将岩石模型离散为带背景网格的节点模型，生成带自由度的节点与带权重的高斯点，确定各点支撑域内的节点信息，所述各点包括所述节点和高斯点；(2)依据输入的初始裂纹空间坐标信息，建立初始裂纹的PD模型；(3)采用RKPM近似函数形成刚度矩阵，计算出每一时步各点的位移与应力状态；(4)施加边界条件，基于增量格式的Newmark算法进行迭代求解；对于每一时步计算出的应力值，判断各点间键的断裂状态，如果有断裂发生，更新该点处的刚度矩阵，并重新迭代计算，直至该时步内外力平衡；在所有时步施加完毕后，得到基于RKPM
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PD耦合算法进行裂纹扩展预测的结果。2.如权利要求1所述的一种基于RKPM
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PD耦合算法的岩石裂纹扩展预测方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤一、首先在Abaqus内建立模型的有限元背景网格，并通过inp文件导入Matlab内，通过背景网格上的一阶有限元插值函数计算出节点上的体积，高斯点处的坐标与权重信息；步骤二、给定各节点与高斯点的支撑域半径，通过kdtree及rangesearch函数得到各点支撑域内的节点信息；步骤三、输入模型初始裂纹面信息，将各点支撑域内穿过初始裂纹面的键预先断掉；这里的键不仅指支撑域节点与节点间的相互作用，也指支撑域内高斯点与节点间的相互作用；步骤四，依据步骤二与步骤三得到的前处理信息，计算各点形函数及其导数，并依据各高斯点的权重，得到该处的节点刚度矩阵，并组装为全局刚度矩阵；步骤五，将模型总的位移荷载或面力荷载划分为若干增量步，进行增量格式的Newmark时间迭代计算；步骤六，在每一时步中，依据计算得到的应力，通过莫尔
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库伦岩石强度准则，判断节点与节点及高斯点与节点间的键是否有新的断裂；如果有新键断裂，更新该点处刚度矩阵，并重新迭代计算，直至该时步计...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔昊，闫自海，罗慈友，沈碧辉，康恒一，甘鹏路，童育聪，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
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