岩石声发射的扩展有限元法分析初探

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1、硕士学位论文岩石声发射的扩展有限元法分析初探PreliminaryStudyofExtendedFiniteElementMethodfortheAnalysisofAcousticEmissionofRock学21003071完成日期：2Q!墨二墨二!大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对

2、本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：复丕走筮身主亟曳盐』垂查逮查至童!!壹翌[塑整整作者签名：吞型隆垡日期：二鲨旦年—』月j上日大连理工大学硕士学位论文摘要本论文包括两部分工作：其一为简化扩展有限元法(XFEM)，并在程序上得以实现，对声发射现象进行定性分析；其二为提出一个声发射现象定量分析的扩展有限元数值模型。工作I：针对裂纹问题，传统的XFEM在有限元法框架下，引入跳跃函数和裂尖渐进位移场函数两种扩充形函数分别描述裂纹面和裂尖。本文对其实施两方面的简化：一是在插值空间中仅加入描述间断的跳跃函数而省略裂尖渐进

3、位移场基函数；二是仅考虑单元完全开裂(裂纹贯穿整个单元)而不考虑单元部分断裂的情况。同时引入物理意义更为明确的影子节点，利用定义于该影子节点上的广义自由度取代相应于跳跃函数的精化自由度，并考虑裂纹面上的内聚力，采用沙漏控制的一点稳定积分方案。从而，含裂纹单元的计算在很大程度上可被简化为普通有限元法的单元计算过程，程序实现也得到相应简化。给出了单边裂纹动态扩展问题的数值模拟结果，定性分析了声发射现象。工作II：为进一步建立能够定量分析声发射现象的扩展有限元法数值模型，本文一方面采用振铃计数及其速率定量表征声发射现象，并基于声发射测试原理，建立声发射振铃计数及其速率与测试电压之间的关系；

4、另一方面又在简化的扩展有限元法的框架下，综合考虑外力功、应变能及表面能等因素，根据能量守恒原理建立声发射弹性波能量计算公式。进一步地，再应用Harris等建立的能量与测试电压之间的关系，将声发射振铃计数及其速率与扩展有限元法能量计算相联系，从而初步建立起基于动态裂纹扩展的可对声发射作定量分析的扩展有限元法数值模型。关键词：岩石；声发射；扩展有限元法；动态裂纹扩展；内聚力；影子节点法；数值模拟大连理工大学硕士学位论文PreliminaryStudyofExtendedFiniteElementMethodfortheAnalysisofRockAcousticEmissionAbstr

5、actThisthesispresentstwomajorworks：oneiSthesimplificationoftheextendedfiniteelementmethod(XFEM)，itsimplementationandapplicationtothequalitativeanalysisofacousticemission(AE)phenomenon；theotheristhedevelopmentoftheXFEMmodeltoquantitativelyanaly’zeAE．WorkI：Againstcrackproblem，conventionalXFEMintr

6、oducesthejumpfunctionandnear—tipasymptoticdisplacementfieldsfunctiontorepresentthecrackfaceandcracktiprespectively．ThisthesissimplifiestheXFEMinthefollowingtwoaspects：oneisthatonlythejumpfunctionfordiscontinuityisaddedtotheinterpolationspacewhereasthebasefunctionsforthenear—tipasymptoticdisplac

7、ementfieldsareomitted；theotheristhatonlyfullycrackedelements(thecrackrunsthroughthewholeelement)areconsideredwhereaspartiallycrackedelementsarenotconsidered．Inaddition，phantomnodeswithexplicitphysicalmeaningareintroducedandthegene