正交各向异性岩体裂纹扩展的扩展有限元方法研究

被引：34

作者：

师访 ^{[1
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]}

高峰 ^{[1
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]}

杨玉贵 ^{[1
,2
]}

机构：

[1] 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

[2] 中国矿业大学力学与建筑工程学院

来源：

岩土力学 | 2014年 / 35卷 / 04期

关键词：

扩展有限元法; 裂纹; 正交各向异性; 断裂力学;

D O I：

10.16285/j.rsm.2014.04.001

中图分类号：

O346.1 [断裂理论];

学科分类号：

070301 [无机化学];

摘要：

石油开采和非常规天然气开采等领域经常遇到页岩、砂岩等沉积岩,这类岩石材料往往具有正交各向异性特征。采用扩展有限元方法研究了正交各向异性岩体裂纹扩展问题,并基于Matlab平台编写了数值计算程序Betaxfem2D。将由复变函数法得到的裂纹尖端渐进位移场作为裂尖位移增强函数,用相互作用积分法计算混合模式应力强度因子,采用修改后的最大周向拉应力扩展准则确定裂纹扩展方向。与传统有限元方法的对比表明,扩展有限元方法达到相同计算精度需要的自由度少,节省计算机时。分别采用扩展有限元程序和传统有限元程序模拟了岩石试件4点弯曲试验,二者所得结果一致。数值试验表明:随着正交材料坐标系与空间坐标系夹角α的增大,裂纹扩展方向角?按照周期为?的近似正弦函数的规律变化;保持剪切模量和泊松比不变时,正弦函数的值域随着弹性模量比值E1/E2的减小而缩小,但相位基本保持不变;研究沉积岩断裂力学问题时,岩石的正交各向异性特征不可忽略。

引用

页码：1203 / 1210

页数：8

共 17 条

[1]

A survey of the extended finite element.[J].Yazid Abdelaziz;Abdelmadjid Hamouine.Computers and Structures.2007, 11

[2]

Crack propagation criteria in the framework of X-FEM-based structural analyses [J].

Dumstorff, Peter ;

Meschke, Guenther .

INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL AND ANALYTICAL METHODS IN GEOMECHANICS, 2007, 31 (02) :239-259

[3]

Crack analysis in orthotropic media using the extended finite element method [J].

Asadpoure, Alireza ;

Mohammadi, Soheil ;

Vafai, Abolhasan .

THIN-WALLED STRUCTURES, 2006, 44 (09) :1031-1038

[4]

An energy-conserving scheme for dynamic crack growth using the eXtended finite element method [J].

Réthoré, J ;

Gravouil, A ;

Combescure, A .

INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN ENGINEERING, 2005, 63 (05) :631-659

[5]

Fracture analysis for orthotropic cracked plates.[J].L. Nobile;C. Carloni.Composite Structures.2004, 3

[6]

Dynamic crack propagation based on loss of hyperbolicity and a new discontinuous enrichment [J].

Belytschko, T ;

Chen, H ;

Xu, JX ;

Zi, G .

INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN ENGINEERING, 2003, 58 (12) :1873-1905

[7]

Mixed-mode fracture of orthotropic functionally graded materials using finite elements and the modified crack closure method.[J].Jeong-Ho Kim;Glaucio H. Paulino.Engineering Fracture Mechanics.2002, 14

[8]

Non-planar 3D crack growth by the extended finite element and level sets -: Part I:: Mechanical model [J].