FSIS：用于压裂和破碎固体的新型流-固耦合求解器，
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摘要内容

近年来，压裂介质瞬态动力学受到了广泛关注，并发展了多种模拟方法。其中之一就是组合有限元-离散元法( FDEM )。FDEM在爆炸载荷、爆破、冲击、采矿和石油勘探等过程中会产生复杂的断裂和破碎模式。为了解决广泛的多物理场问题，已经采取了许多方法将流体引入组合有限元-离散元法瞬态动力学，范围从特定应用的气体模型到更先进的水力压裂过程和生物医学应用。但这些方法在鲁棒性、准确性或计算效率方面都不令人满意。在这项工作中，一个全新的显式流体求解器已经定制并完全集成到组合有限元-离散元法中。该求解器解决了流体中的瞬态压力波传播、流体黏度、流体的状态方程、能量传输、动量传输以及与压裂固体域的相互作用等问题。求解器基于使用不同控制体积格式求解的控制方程，离散误差为三阶、二阶或一阶。该求解器是完全显式的，并且条件稳定，其时间步长与FDEM的时间步长同步。
各向异性固体弹塑性行为的新框架

摘要内容

本文提出了一个通用框架，用于开发经历大变形和应变率的各向异性固体的非线弹性超弹/塑性本构关系。所提出的框架不依赖于“先验”已知的应变能函数，而是将材料单元物理分解为七种物理独立的应力承载机制，每种机制都有一个由单变量标量函数描述的内部矩的本构关系。该模型已被编码为组合有限元-离散元法，并根据静态地质力学试验数据进行了测试。数值验证实验表明，该模型能较好地再现岩土材料在双轴和单轴加载下的塑性各向异性行为。

用于岩石类材料开裂模拟的新型局部网格重建算法

摘要内容

本文提出了一种新的局部网格重建算法，用于岩石裂缝扩展过程中演化的复杂形貌的自动断裂建模。该算法的灵感来自于理想化电子在约束区域的库仑力平衡，从而导致这些电子的相对均匀分布。作为一种物理启发的计算算法，重划分区域中的节点被等效为带有不同电荷的理想化电子。该算法包括初始节点的处理、重新划分网格区域的确定、库仑力计算和网格改进等几个高效的实现环节。该算法可以高效地将具有复杂边界的结构化背景网格转化为具有低高宽比和高拉伸值的三角形单元高质量协调网格。结合离散裂缝方法，提出的算法已在开裂模拟中实现。与以往方法相比，在网格划分质量、效率、计算速度和计算精度等方面均有较大提高。接下来，在验证和确认方法的基础上，将所提出的算法应用于三点弯曲试验中压缩诱导翼端裂缝和混合模式裂缝的开裂模拟。充分说明了该方法对裂解过程模拟的能力。

FSIS：用于压裂和破碎固体的新型流-固耦合求解器，
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摘要内容

近年来，压裂介质瞬态动力学受到了广泛关注，并发展了多种模拟方法。其中之一就是组合有限元-离散元法( FDEM )。FDEM在爆炸载荷、爆破、冲击、采矿和石油勘探等过程中会产生复杂的断裂和破碎模式。为了解决广泛的多物理场问题，已经采取了许多方法将流体引入组合有限元-离散元法瞬态动力学，范围从特定应用的气体模型到更先进的水力压裂过程和生物医学应用。但这些方法在鲁棒性、准确性或计算效率方面都不令人满意。在这项工作中，一个全新的显式流体求解器已经定制并完全集成到组合有限元-离散元法中。该求解器解决了流体中的瞬态压力波传播、流体黏度、流体的状态方程、能量传输、动量传输以及与压裂固体域的相互作用等问题。求解器基于使用不同控制体积格式求解的控制方程，离散误差为三阶、二阶或一阶。该求解器是完全显式的，并且条件稳定，其时间步长与FDEM的时间步长同步。
各向异性固体弹塑性行为的新框架

摘要内容

本文提出了一个通用框架，用于开发经历大变形和应变率的各向异性固体的非线弹性超弹/塑性本构关系。所提出的框架不依赖于“先验”已知的应变能函数，而是将材料单元物理分解为七种物理独立的应力承载机制，每种机制都有一个由单变量标量函数描述的内部矩的本构关系。该模型已被编码为组合有限元-离散元法，并根据静态地质力学试验数据进行了测试。数值验证实验表明，该模型能较好地再现岩土材料在双轴和单轴加载下的塑性各向异性行为。

用于岩石类材料开裂模拟的新型局部网格重建算法

摘要内容

本文提出了一种新的局部网格重建算法，用于岩石裂缝扩展过程中演化的复杂形貌的自动断裂建模。该算法的灵感来自于理想化电子在约束区域的库仑力平衡，从而导致这些电子的相对均匀分布。作为一种物理启发的计算算法，重划分区域中的节点被等效为带有不同电荷的理想化电子。该算法包括初始节点的处理、重新划分网格区域的确定、库仑力计算和网格改进等几个高效的实现环节。该算法可以高效地将具有复杂边界的结构化背景网格转化为具有低高宽比和高拉伸值的三角形单元高质量协调网格。结合离散裂缝方法，提出的算法已在开裂模拟中实现。与以往方法相比，在网格划分质量、效率、计算速度和计算精度等方面均有较大提高。接下来，在验证和确认方法的基础上，将所提出的算法应用于三点弯曲试验中压缩诱导翼端裂缝和混合模式裂缝的开裂模拟。充分说明了该方法对裂解过程模拟的能力。