地震破裂过程的数值模拟通常是假定破裂发生在先存断层上.但是,实际地震过程中,除了沿着先存断层产生自发破裂外,很有可能会产生新的破裂.为此,本文将传统有限元与扩展有限元方法(Extended Finite Element Method,XFEM)相结合,首先利用...地震破裂过程的数值模拟通常是假定破裂发生在先存断层上.但是,实际地震过程中,除了沿着先存断层产生自发破裂外,很有可能会产生新的破裂.为此,本文将传统有限元与扩展有限元方法(Extended Finite Element Method,XFEM)相结合,首先利用传统有限元方法模拟先存断层上的自发破裂过程,随后采用扩展有限元方法模拟不同介质(内摩擦角分别为0°、22.5°和45°)中,由于先存断层破裂造成的断层尖端应力集中导致的新生破裂过程.当内摩擦角为0°时,2条新生破裂与先存断层走向之间的夹角分别为0°和90°;当内摩擦角为22.5°时,该夹角变为11.25°和78.75°;当内摩擦角为45°时,该夹角变为22.5°和67.5°.在这三种情形下,新生的2条破裂,相互垂直,但破裂特征(破裂长度及破裂速度)不同,与先存断层之间的夹角越小的新生破裂,其扩展距离越远,扩展速度也更快(甚至为超剪切破裂).此外,在模拟结果中,岩石强度越低,断层扩展的长度越长,扩展速度也越快.本研究对于地震破裂全过程的数值模拟、深刻认识地震震源过程、断层生长以及地震灾害评估等有着重要的科学意义.展开更多
为克服有限元法(FEM)某些固有的缺陷,提高计算精度,将Cell-Based光滑有限元法(CSFEM)与扩展有限元法(XFEM)相结合,提出光滑扩展有限元法(CS-XFEM).用该方法对含中心裂纹和斜裂纹的正交各向材料板进行模拟,并与FEM,XFEM和BXFEM(bimateria...为克服有限元法(FEM)某些固有的缺陷,提高计算精度,将Cell-Based光滑有限元法(CSFEM)与扩展有限元法(XFEM)相结合,提出光滑扩展有限元法(CS-XFEM).用该方法对含中心裂纹和斜裂纹的正交各向材料板进行模拟,并与FEM,XFEM和BXFEM(bimaterial extended finite element method)计算结果进行对比.数值算例结果表明,CS-XFEM兼具CSFEM和XFEM两者优点:单元网格与裂纹面相互独立,裂尖不必是单元节点,裂尖处网格也不需要加密,域内积分可转化为边界积分,形函数不需求导,对网格质量要求低;因此是分析断裂问题的简洁高效的数值计算方法.展开更多
主要研究了扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)在处理弱不连续问题时不同改进函数形式对XFEM数值求解精度的影响,阐述了各种改进函数影响XFEM求解精度的关键因素,指出校正的扩展有限元法(corrected-XFEM)能够提高数值...主要研究了扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)在处理弱不连续问题时不同改进函数形式对XFEM数值求解精度的影响,阐述了各种改进函数影响XFEM求解精度的关键因素,指出校正的扩展有限元法(corrected-XFEM)能够提高数值求解精度的实质在于它拓展了改进结点域,即将常规扩展有限元法(standard-XFEM)的改进结点域增加一层作为corrected-XFEM的改进结点域,文中建议延拓corrected-XFEM的改进结点域,即在corrected-XFEM的改进结点域基础上再增加一层改进结点.利用水平集函数表征材料内部的不连续界面,推导了XFEM求解的支配方程,给出了一种改进单元的数值积分方案以及改进单元处高精度应力的求解方法.含夹杂问题的数值计算结果表明:建议的延拓corrected-XFEM改进结点域的方法能够明显提高XFEM的数值求解精度.展开更多
文摘地震破裂过程的数值模拟通常是假定破裂发生在先存断层上.但是,实际地震过程中,除了沿着先存断层产生自发破裂外,很有可能会产生新的破裂.为此,本文将传统有限元与扩展有限元方法(Extended Finite Element Method,XFEM)相结合,首先利用传统有限元方法模拟先存断层上的自发破裂过程,随后采用扩展有限元方法模拟不同介质(内摩擦角分别为0°、22.5°和45°)中,由于先存断层破裂造成的断层尖端应力集中导致的新生破裂过程.当内摩擦角为0°时,2条新生破裂与先存断层走向之间的夹角分别为0°和90°;当内摩擦角为22.5°时,该夹角变为11.25°和78.75°;当内摩擦角为45°时,该夹角变为22.5°和67.5°.在这三种情形下,新生的2条破裂,相互垂直,但破裂特征(破裂长度及破裂速度)不同,与先存断层之间的夹角越小的新生破裂,其扩展距离越远,扩展速度也更快(甚至为超剪切破裂).此外,在模拟结果中,岩石强度越低,断层扩展的长度越长,扩展速度也越快.本研究对于地震破裂全过程的数值模拟、深刻认识地震震源过程、断层生长以及地震灾害评估等有着重要的科学意义.
文摘为克服有限元法(FEM)某些固有的缺陷,提高计算精度,将Cell-Based光滑有限元法(CSFEM)与扩展有限元法(XFEM)相结合,提出光滑扩展有限元法(CS-XFEM).用该方法对含中心裂纹和斜裂纹的正交各向材料板进行模拟,并与FEM,XFEM和BXFEM(bimaterial extended finite element method)计算结果进行对比.数值算例结果表明,CS-XFEM兼具CSFEM和XFEM两者优点:单元网格与裂纹面相互独立,裂尖不必是单元节点,裂尖处网格也不需要加密,域内积分可转化为边界积分,形函数不需求导,对网格质量要求低;因此是分析断裂问题的简洁高效的数值计算方法.
文摘主要研究了扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)在处理弱不连续问题时不同改进函数形式对XFEM数值求解精度的影响,阐述了各种改进函数影响XFEM求解精度的关键因素,指出校正的扩展有限元法(corrected-XFEM)能够提高数值求解精度的实质在于它拓展了改进结点域,即将常规扩展有限元法(standard-XFEM)的改进结点域增加一层作为corrected-XFEM的改进结点域,文中建议延拓corrected-XFEM的改进结点域,即在corrected-XFEM的改进结点域基础上再增加一层改进结点.利用水平集函数表征材料内部的不连续界面,推导了XFEM求解的支配方程,给出了一种改进单元的数值积分方案以及改进单元处高精度应力的求解方法.含夹杂问题的数值计算结果表明:建议的延拓corrected-XFEM改进结点域的方法能够明显提高XFEM的数值求解精度.
