滲流-應力-損傷耦合的案例
滲流應力耦合分析（幫助文檔節選）
Coupled pore fluid diffusion and stress analysis（大神們可以翻譯一下）
Overview
A coupled pore fluid diffusion/stress analysis:
? is used to model single phase, partially or fully saturated fluid flow through porous media;
? can be performed in terms of either total pore pressure or excess pore pressure by including or excluding the pore fluid weight;
? requires the use of pore pressure elements with associated pore fluid flow properties defined;
? can, optionally, also model heat transfer due to conduction in the soil skeleton and the pore fluid, and convection due to the flow of the pore fluid, through the use of coupled temperature–pore pressure displacement elements;
? can be transient or steady-state;
? can be linear or nonlinear; and
? can include pore pressure contact between bodies (
展開 COMSOL斷層突水非線性滲流_應力耦合 ￥50
提供COMSOL流固耦合（巖土+Brinkman流體+蠕動流）案例文件，案例實現了Brinkman流體與蠕動流，巖土力的耦合。供大家交流學習，參考文獻：郭惟嘉, 趙金海, 尹立明, et al. 斷層突水非線性滲流-應力耦合研究 [J]. 山東科技大學學報（自然科學版）, 2017, 036(006):1-7.模擬結果如下圖所示，案例附后。
PFC-Darcy流固耦合滲流侵蝕案例 ￥500
以下是PFC-Darcy雙向耦合計算滲流侵蝕的案例說明
案例說明
兩種不同直徑的顆粒組合，重力向下，滲流方向向上。
頂部設置網格墻體，顆粒侵蝕出網格墻體后刪除
水力梯度從0.1逐級增加
第一步：生成模型
第二步：計算侵蝕
計算過程中設置的輸出信息
結果顯示
Abaqus滲流及流固耦合分析的認識
ABAQUS滲流及流固耦合.pdf
滲流結果導入結構模型進行水土耦合計算
滲流結果導入結構模型進行水土耦合計算
滲流結果導入結構模型進行水土耦合計算.rar
滲流結果導入結構模型進行水土耦合計算.pdf
基于comsol的儲層降壓開采過程中的滲流-應力耦合算例 ￥200
提供基于comsol的儲層降壓開采過程中的滲流-應力耦合算例，可在此基礎上熟悉降壓開采過程中的滲流-應力耦合計算方法，拓展自己的研究，歡迎做相近方向的大佬指導交流，具體例子附后：
凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬
凍融作用在自然界中普遍存在如自然環境科學中滲流與溫度的相互作用會影響到滲流場和溫度場的分布從而影響生物的生存環境。高寒地區工程的凍融破壞作用例如路基凍脹穩定問題寒區隧道的凍脹破壞等這些都是滲流和溫度的耦合問題。為了揭示凍融作用下滲流場和溫度場的變化規律建立了描述滲流場及溫度場耦合的偏微分方程其中滲流方程中考慮了溫度作用引起的介質滲透特性的變化和水量變化及溫度梯度對滲流的影響。在溫度方程中考慮了相變對介質熱物理參數的影響及水流動引起的對流作用影響。然后利用多物理場耦合分析軟件COMSOL Multiphysics成功的求解該方程組通過算例與Lunardini的解析解進行了對比驗證數學模型的合理性。最后通過一個凍結壁算例計算了在水流和熱傳導作用下的凍融情況和溫度場的變化規律。結果表明溫度場對滲流場分布有一定的影響同樣滲流對凍融作用的影響顯著在凍融和滲流的作用下溫度場發生了明顯的變化。
凍融問題滲流場和溫度場耦合數值模擬.pdf
展開 關于Abaqus滲流及流固耦合分析中的幾點認識
當只進行滲流計算時：
1、由于Abaqus中缺乏非耦合的孔壓單元，這時可采用耦合單元，但要約束住所有位移的自由度。
2、滲流材料參數選擇。在CAE中都是在(Material-creat-other-pore fluid)選項中。
(1)Gel：定義凝膠微粒吸濕膨脹的發育過程，這在一般的巖土分析中應用不多。
(2)Moisture swelling：定義由于吸濕飽和所引起的固體骨架體積膨脹(或負吸力引起的骨架收縮)。)
(3)Permeability：定義飽和介質的滲透系數，該滲透系數可以在type選項中定義為各向同性、正交各向異
性和各向異性，并且可以根據Void Ratio定義為孔隙比的函數。在Suboptions中選擇Saturation Dependent 參數來指定與飽和度相關性系數ks(s)，缺省設置為ks＝s3，而非飽和介質滲透系數k’=ksk
選擇Velocity dependence參數可以激活Forchheimer定律，缺省的是Darcy定律
4)Pore Fluid Expansion：定義固體顆粒與流體體積熱變化效應。
5)Porous Bulk Moduli：定義固體顆粒與流體體積模量。
6)Sorption：定義負孔隙壓力與飽和度之間的相關性。當type=Absorption時，定義吸濕曲線，
type=Exsorption時定義排水曲線。
展開 降雨條件下滑坡的滲流場-應力場-位移場數值模擬 ￥59
普遍認為這是一個多孔介質滲流應力耦合問題，即引起坡體內滲流場-應力場-位移場的變化，這種變化或許對于滑坡的失穩起到了促進作用。筆者基于該理論，在ABAQUS中建立了降雨條件下滑坡滲流場-應力場-位移場耦合模型。模擬3天降雨過程，模擬結果如下。感興趣的朋友歡迎交流討論！
圖1 滑坡概化模型
圖2 網格劃分
（a）初始孔壓
（b）降雨24小時孔壓
（c）降雨48小時孔壓
（d）降雨72小時孔壓
圖3 滑坡體內孔隙水壓力變化
（a）初始有效應力
（b）降雨24小時有效應力
（c）降雨48小時有效應力
（d）降雨72小時有效應力
圖4 滑坡體內有效應力變化
（a）降雨24小時水平位移
（b）降雨48小時水平位移
（c）降雨72小時水平位移
圖5 滑坡水平位移變化
（a）降雨24小時等效塑性應變
（b）降雨48小時等效塑性應變
（c）降雨72小時等效塑性應變
圖6 滑坡體內塑性區發展變化
展開 huang晶體塑性umat耦合Johnson-cook 損傷模型，實現晶體材料彈-塑-損傷模擬分析
參考應變率：ε0
當滿足下列條件時，損傷初始化準則得以滿足：
等效塑性應變認為與應力三軸度和應變率相關聯。
θ^是無量綱溫度，表示為：
其中，θ是當前溫度，θ-melt是熔化溫度，θ_transition是指轉變溫度，在該溫度或低于該溫度時，損傷應變εpl_D的表達式不存在溫度依賴性。材料參數必須在轉變溫度或低于轉變溫度時測量。
損傷的發展可以公式化為:
公式中分母表示單元失效對應的Johnson-cook等效塑性應變，公式為：
分子表示為等效塑性應變增量，公式為：
公式中可以看到，損傷隨著塑性應變的增大不斷累積，直至材料的失效，通過損傷變量進一步與晶體材料的屈服面或者彈性性能的退化可以實現材料彈-塑-損傷的耦合模擬，當不對其進行耦合時，可以用來判斷材料的失效狀態與相關參數的關系。
參考文獻：《Crystal plasticity finite element modeling and simulation of diamond cutting of polycrystalline copper》編寫對應的材料子程序。在huang晶體塑性程序的基礎上，調用johnson-cookd損傷函數，編寫過程中，需要自定義響應的狀態變量，如等效塑性應變，等效塑性應變率，損傷變量，以及是否進行損傷單元的刪除分析。其中等效塑性應變增量的計算，通過滑移系統的分切應力與對應滑移系統剪切應變的乘積絕對值之后與等效應力的比值獲得。并最終實現損傷的表征，采用umat子程序進行編寫。
展開 Comsol-深部、干熱巖儲層水力壓裂熱流固-損傷耦合模型 ￥300
模型簡介：
考慮熱流固-損傷耦合效應，本案例建立了水力裂縫擴展模型，假設材料楊氏模量和抗拉強度滿足weibull分布，邊界施加應力條件，可運用于如下場景：
1、干熱巖儲層壓裂，流體介質可選擇水和二氧化碳，實現壓裂過程裂縫動態擴展模擬；
2、干熱巖儲層采熱開發，分析熱流固-損傷耦合效應對采熱的影響；
3、深部頁巖儲層壓裂，實現水和二氧化碳壓裂裂縫擴展模擬；
4、其他熱流固耦合問題。
部分研究結果圖：
初始楊氏模量分布
損傷分布
壓力分布
溫度分布
參考文獻：
[1] Wei Zhang, Tian-kui Guo, Zhan-qing Qu, et al. Research of fracture initiation and propagation in HDR fracturing under thermal stress from meso-damage perspective. Energy, 2019, 178, 508-521
[2] Lin Wu, Zhengmeng Hou, Yachen Xie, et al. Fracture initiation and propagation of supercritical carbon dioxide fracturing in calcite-rich shale: A coupled thermal-hydraulic-mechanical-chemical simulation.
展開 
Comsol-裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型 ￥650
針對裂隙多孔介質流體注入引起天然裂隙的激活，巖石產生新損傷形成水力裂縫，本案例建立了裂隙多孔介質流固耦合-損傷模型，實現如下功能：
（1）采用comsol with matlab建立隨機天然裂隙網絡幾何模型；
（2）針對天然裂隙，建立裂隙模型，考慮其變形過程對裂縫寬度和滲透率的影響，可得到裂隙寬度分布；
（3）考慮損傷演化過程和流固耦合作用，巖石孔隙度和滲透率隨著損傷和應力大小變化；
（4）可用于分析水力裂隙擴展以及壓后滲透率改變等。
部分結果圖：
幾何模型
Mises stress分布
Pressure分布
Damage分布
Fracture width分布
參考文獻：
Qinghua Lei. Modelling fluid injection-induced fracture activation, damage growth, seismicity occurrence and connectivity change in naturally fractured rocks. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 138 (2021) 104598.
展開 ABAQUS變量解讀：教你讀懂應力/應變/損傷
有限元后處理直接與數據圖片處理、論文撰寫相關，除了典型的應力張量與應變張量外，ABAQUS還提供了大量可供使用者讀取的其他應力/應變/損傷參數，這都有助于結果的分析。今天喵星人就教你讀懂其中的應力、應變及損傷的后處理細節。
一、應力相關
根據用戶手冊及后處理分類，ABAQUS提供了三類典型的后處理變量：
1.不變量
不變量的定義是指張量在坐標旋轉下保持不變的量。這些量反映了材料內在的力學狀態，與觀察方向無關，因此常用于判斷材料的屈服、破壞或變形行為。
喵星人認為以下幾種應力相關不變量相對比較重要：
Mises：基于第四強度理論，用戶手冊定義如下：
Tresca：基于第三強度理論，用戶手冊定義如下：
Tresca equivalent stress, defined as the maximum difference between principal stresses.
Pressure：靜水壓力，注意正值為壓，負值為拉，用戶手冊定義如下：
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Third Invariant：第三應力不變量，用戶手冊定義如下：
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這里，喵星人給出更加簡潔的定義：
TRIAX：應力三軸度，可用于評估斷裂行為，尤其適用于延性損傷模型，用戶手冊定義如下：
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2.主應力
主應力是指該點應力狀態中僅存在正應力、無剪應力的特殊方向上的應力值。
展開 晶體塑性耦合連續損傷本構框架
經典文章推薦
《Necking behavior of AA 6022-T4 based on the crystal
plasticity and damage models
是最經典的耦合晶體塑性理論和連續損傷的文章之一，損傷力學有兩種主要方法。第一種是Gurson提出的基于微觀力學的損傷模型。在基于微觀力學的方法中，損傷演化通過孔隙成核、生長和聚結來描述。對空穴成核和生長進行了建模，必須使用實驗數據確定相關系數。另一種方法是連續損傷力學（CDM）。在CDM框架中，使用應力、壓力、溫度和應力三軸性確定斷裂應變。在這些研究之后，提出了許多改進的模型，以包括洛德角和各向異性損傷的影響，
作者在研究中使用的損傷模型基于連續損傷力學（CDM）。然而，通過結合CPFEM可以預測孔隙的萌生、生長和聚結行為。此外，材料因損傷而弱化用于描述頸縮后承載能力的突然下降，通過顯式時間積分方案進行了分析，這為通過CPFEM預測頸縮行為提供了可能性。然而，沒有預測頸縮形狀和載荷位移曲線。為了準確預測頸縮和載荷位移曲線，使用隱式時間積分方案進行了分析，可以獲得更合理的載荷位移曲線。此外，還進行了實驗，并與分析結果進行了比較。最后，新提出了四種不同的帶系數校準的損傷模型，并提出了一種最能描述頸縮行為的模型。
作者使用的四類連續損傷模型理論如下
（1）最大塑性應變損傷模型：該模型將損傷定義為當主塑性應變大于某一臨界值時開始和累積的損傷。此模型寫為：
ε1f.ini是損傷萌生塑性應變值，ε1f.ini是最大塑性應變值，D是損傷因子，M是損傷指數（通常取值大于1.0有利于流動應力平滑過渡）
（2）等效塑性應變損傷模型：該模型將損傷定義為當等效塑性應變大于某一臨界值時開始和累積的損傷。
展開 耦合溫度損傷位錯密度的顯式晶體塑性模型
損傷基于經典的JC損傷，并等效的對應力進行退化
拉伸模型
網格劃分（每個單元表示一個單獨取向的晶粒，即初始的取向不同）
局部斷裂時溫度場分布（初始293K，假設taylor-Q系數為0.95）
局部斷裂時局部位錯密度分布（僅考慮統計儲存位錯密度）
局部斷裂時損傷分布
局部斷裂時等效塑性應變分布
局部斷裂時mises等效應力分布
