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基于黏聚力单元的热力耦合作用下细观混凝土数值模拟
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作者 李林 刘勇 +2 位作者 魏珍中 马小敏 雷建银 《科技通报》 2025年第3期70-76,92,共8页
基于Python和ABAQUS联合仿真方法,本文采用二维混凝土细观模型,实现了单轴拉伸断裂模拟以及热力耦合作用下热传导的数值模拟。介绍了采用Python脚本进行混凝土随机骨料高效建模的方法、黏聚力(cohesive)单元的参数设置以及基于cohesive... 基于Python和ABAQUS联合仿真方法,本文采用二维混凝土细观模型,实现了单轴拉伸断裂模拟以及热力耦合作用下热传导的数值模拟。介绍了采用Python脚本进行混凝土随机骨料高效建模的方法、黏聚力(cohesive)单元的参数设置以及基于cohesive单元的热力耦合实现方法。分析骨料体积分数对混凝土准静态单轴拉伸弹性模量、强度及内能的影响,并讨论了不同温度荷载、骨料形状对混凝土弹性模量的影响,以及骨料分布随机性对导热性能的影响。结果表明:随着温度荷载的升高,混凝土的弹性模量降低;骨料的空间随机分布使混凝土导热性能产生随机性;骨料形状对热力耦合作用下混凝土的弹性模量影响不大。该方法为混凝土领域的热力耦合研究提供了高效的数值模拟方案。 展开更多
关键词 混凝土细观模型 耦合 黏聚力单元 导热性能
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基于零厚度黏聚力单元节理面剪切破坏机理宏细观研究 被引量:3
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作者 王刚 张书博 +3 位作者 连莲 赵程 王珂 张贤达 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2224-2232,共9页
为了探究不同粗糙度节理岩体剪切过程及破坏类型,利用ABAQUS有限元分析软件,采用全局嵌入零厚度黏聚力单元的方法模拟带节理岩体压剪过程。通过室内压剪试验和数值模拟结果对比确定所建立模型的正确性,从宏细观角度分析节理岩体剪切破... 为了探究不同粗糙度节理岩体剪切过程及破坏类型,利用ABAQUS有限元分析软件,采用全局嵌入零厚度黏聚力单元的方法模拟带节理岩体压剪过程。通过室内压剪试验和数值模拟结果对比确定所建立模型的正确性,从宏细观角度分析节理岩体剪切破坏行为。研究结果表明:采取全局嵌入零厚度黏聚力单元模拟节理岩体压剪过程的方法相对准确,能真实反映节理面细观破坏过程;不同粗糙度节理试样在恒定法向荷载下的剪切峰值强度随着粗糙度增加而递增;节理岩体的剪切过程大致可以分为4个阶段,线弹性强化阶段、带裂纹强化阶段、塑性软化阶段和残余强度阶段;不同粗糙度节理岩体在剪切过程中破坏类型不同,在恒定法向荷载下岩体剪切破坏大致可以分为3种形式,分别是滑移破坏,岩体局部剪断破坏和切齿破坏。 展开更多
关键词 黏聚力单元 剪切过程 峰值强度 破坏类型
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基于零厚度黏聚力单元的水力压裂裂隙空间分布影响分析 被引量:8
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作者 刘泉声 甘亮 +1 位作者 吴志军 周原 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S2期393-402,共10页
作为页岩气开采关键技术,水力压裂在目标岩层产生大量裂隙,构成页岩气有效运输通道。因此,研究裂隙的空间分布和影响因素具有重要意义。采用连续-非连续方法,通过ins-coh程序在ABAQUS有限元模型全域内批量嵌入零厚度黏聚力单元,得到计... 作为页岩气开采关键技术,水力压裂在目标岩层产生大量裂隙,构成页岩气有效运输通道。因此,研究裂隙的空间分布和影响因素具有重要意义。采用连续-非连续方法,通过ins-coh程序在ABAQUS有限元模型全域内批量嵌入零厚度黏聚力单元,得到计算模型。考虑到水力压裂中的流固耦合,编写用户子程序确定孔隙压力初始场分布,并给出压裂阶段压裂液的流动准则和流固耦合方程。随着压裂液的注入,黏聚力单元发生破坏,连贯的张开区域形成页岩气运输通道。在验证该方法可行性基础上,结合西南某地区页岩气储层典型地质条件,进行三维水力压裂数值模拟。模拟结果显示:该方法能够合理模拟高水压下压裂液在岩体中流动,岩体裂隙面萌生、扩展、贯通的完整破坏过程。最后,通过设计多组模型进行对比分析,探究注液速度、初始裂隙间距和长度对裂隙空间分布的影响,为实际工程的方案设计提供指导意见。 展开更多
关键词 ABAQUS 零厚度黏聚力单元 压裂 流固耦合 用户子程序
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硬岩水力定向压裂裂缝扩展对天然裂缝的响应行为 被引量:1
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作者 王伟澄 黄明清 +1 位作者 黄敏 唐绍辉 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第4期53-61,共9页
水力压裂是硬岩金属矿山崩落法开采的关键预处理手段,但矿体中天然裂隙的存在限制了水力裂缝定向扩展与空间展布形态。为研究在含天然裂缝的铜矿体中天然裂缝的长度和水平距离对定向水力裂缝扩展路径的影响,利用ABAQUS建立了嵌入黏聚力... 水力压裂是硬岩金属矿山崩落法开采的关键预处理手段,但矿体中天然裂隙的存在限制了水力裂缝定向扩展与空间展布形态。为研究在含天然裂缝的铜矿体中天然裂缝的长度和水平距离对定向水力裂缝扩展路径的影响,利用ABAQUS建立了嵌入黏聚力单元的有限元模型,模拟不同天然裂缝长度和水平距离条件下的水力压裂行为。结果表明,天然裂缝的长度和水平距离对裂缝的扩展具有积极影响。天然裂缝长度与水力裂缝扩展半径呈指数关系,天然裂缝水平距离与水力裂缝扩展半径呈线性关系。在0~1.5 MPa低地应力差条件下,随着天然裂缝水平距离的减少或天然裂缝长度的增加,水力裂缝的扩展半径越大。研究结果对硬岩天然裂缝条件下的水力压裂裂缝定向扩展与调控有积极的指导意义。 展开更多
关键词 黏聚力单元 裂缝扩展 天然裂缝 裂缝 孔隙发育
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黏土岩中水泥锚固体滑脱的有限-离散元模型初探 被引量:1
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作者 程树范 曾亚武 +2 位作者 高睿 张嘉凡 覃祥瑞 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期2594-2603,共10页
锚固体与围岩有效黏结是保证锚杆(索)系统正常工作的重要前提,为研究黏土岩内水泥锚固体在拉拔荷载作用下的滑移脱黏机理,开展黏土岩三轴试验、黏土岩-水泥砂浆界面直剪试验和水泥锚固体拉拔的物理模型试验,基于有限-离散元方法(FDEM),... 锚固体与围岩有效黏结是保证锚杆(索)系统正常工作的重要前提,为研究黏土岩内水泥锚固体在拉拔荷载作用下的滑移脱黏机理,开展黏土岩三轴试验、黏土岩-水泥砂浆界面直剪试验和水泥锚固体拉拔的物理模型试验,基于有限-离散元方法(FDEM),建立黏土岩-水泥砂浆的二元体模型,对水泥锚固体拉拔过程进行模拟。研究表明:黏土岩黏聚力小于黏土岩-水泥砂浆界面的切向黏结强度,低法向压力时二元体的剪切破坏多为黏土岩的剪切破坏,但黏土岩内摩擦角较大,高法向压力下界面抗剪强度低于黏土岩,二元体剪切破坏逐渐转变为界面脱黏;考虑剪切失效的双线性黏聚力模型在模拟软岩破坏时是适用的,而二元体黏结界面更适合通过黏结-摩擦模型模拟;水泥锚固体拉拔失效过程可分为黏结变形阶段,界面脱黏阶段,剪胀咬合阶段和滑移阶段4个阶段,界面脱黏后,锚固体附近黏土岩的剪切破坏也是导致锚固失效的重要因素,剪胀咬合阶段的咬合力决定了锚固体的峰值抗拔能力。研究结果对于软岩地区锚固结构设计有一定的指导作用。 展开更多
关键词 二元体界面 黏聚力单元 剪胀作用 锚杆(索)锚固体 有限-离散元方法
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层状C_(f)/ZrB_(2)-SiC复合材料断裂行为仿真研究
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作者 张传晖 程业红 刘亚雄 《河北工业大学学报》 CAS 2024年第3期19-28,40,共11页
为研究层状C_(f)/ZrB_(2)-SiC复合材料断裂行为的影响因素和规律以及裂纹扩展规律和形成机理,从细观尺度建立了单边切口梁法(SENB)有限元模型,使用软件ABAQUS进行了仿真模拟。仿真计算的断裂韧性为10.01 MPa·m^(1/2),结果与试验数... 为研究层状C_(f)/ZrB_(2)-SiC复合材料断裂行为的影响因素和规律以及裂纹扩展规律和形成机理,从细观尺度建立了单边切口梁法(SENB)有限元模型,使用软件ABAQUS进行了仿真模拟。仿真计算的断裂韧性为10.01 MPa·m^(1/2),结果与试验数据基本一致,验证了有限元模型的有效性;裂纹扩展过程中多次沿界面偏折,裂纹呈阶梯状特征。在荷载-位移曲线上表现为曲线升降的变化,呈现出明显的阶梯断裂模式。断裂韧性随层厚比的增加,表现出先增大后减小的趋向,最佳层厚比约为1。断裂韧性随界面层厚度的增加呈现先上升再下降的趋势,最佳界面层厚度是200 nm。 展开更多
关键词 层状复合材料 数值模拟 裂纹 单边切口梁法(SENB) 断裂韧性 黏聚力单元
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