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祝贺赵瑞峰同学的论文被《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》期刊录用

发布时间:2024-05-05 04:32:56浏览次数:528次

Zhao, R. F., Wu, Z. J.*, Xu, X. Y. and Wang, Z. Y. (2024) Data-driven hierarchical multiscale FDEM for simulating rock meso-macro mechanical behavior[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045782524002858

有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)在精确再现岩石宏观力学性时,需要对矿物颗粒和界面结构精细表征,保证单元尺寸与岩石矿物颗粒的最小尺寸一致,这导致了极其高昂的计算成本。为此,本研究提出了一种基于数据驱动的分层多尺度组合有限离散元方法(DHM-FDEM)(图1),旨在准确再现岩石宏观力学行为,同时降低计算成本。DHM-FDEM构造了升尺度有限元组件(UFEA)和升尺度粘聚单元组件(UCEA),直接将细观力学试验结果获得力学参数赋值给相应细观尺度单元,以实现岩石力学性能的准确再现。随后,提出了力学状态均质化方法,将UFEA和UCEA的力学响应转换为宏观尺度单元的应变-应力对,从而确保岩石细观尺度力学性能在宏观尺度的准确再现。此外,通过细观尺度FDEM求解多种加载路径下UFEA和UCEA的力学状态,生成具有历史依赖和一对多映射关系的时序应变-应力对。利用生成的数据集训练长短期记忆-混合密度神经网络(LSTM-MDN)(图2),将应变输入直接映射至应力输出,取代了繁琐重复的细观FDEM计算,显著降低了计算成本。最终,通过单轴压缩试验和巴西圆盘试验验证了DHM-FDEM的计算精度和效率,并通过单轴和双轴循环加-卸载试验验证了DHM-FDEM准确再现岩石累积损伤的能力(图3~6)。

图 1 数据驱动的多尺度FDEM(DHM-FDEM)模拟方法计算框架

图 2 LSTM-MDN模型预测UFEA力学状态的计算框架

  

图 3 DHM-FDEM模拟得到的平均应力-应变曲线与95%的应力置信区间及参考解与试验结果对比