基于离散虚内键(DVIB)的岩石粘弹性模拟初探

为了将离散虚内键模型(DVIB)推广至粘弹性材料,在DVIB中引入粘性键并与原超弹性键并联来反映材料的粘弹性机理。应用该方法对岩石粘弹性力学行为模拟进行了初探。结果表明该方法能够再现岩石蠕变三阶段特征、弹性后效、强度率相关及蠕变断裂基本过程。进一步研究表明,粘性对动态裂纹扩展和分叉具有很大的影响,延缓了裂纹扩展,削弱了裂纹分叉行为,为岩石粘弹性力学行为的模拟提供了一种新的可行方法。

考虑粘结面厚度的局部粘结单元法

传统无厚度粘结单元法CFEM(Cohesive finite element method)在模拟脆性材料断裂方面具有很强的优势,但也存在很大问题。一是单元尺寸增大,收敛性变差;二是单元尺寸变小,模型刚度发生折减。为了克服这两个问题,发展了考虑厚度的局部粘结单元法,即在裂纹可能扩展区插入具有一定厚度的粘结面单元。粘结面单元采用拓展虚内键本构(Augmented virtual internal bond)描述。由于考虑了厚度,粘结面交叉处会形成多边形空缺。为了弥补这一空缺,将其看作多边形键元胞,采用离散虚内键模型(Discretized virtual internal bond)对其建模,保证了模型的几何完整性。模拟结果表明,本文方法有效,克服了传统CFEM方法的刚度折减问题,提高了计算稳定性和收敛性。