隨機裂縫的案例
ANSYS隨機骨料 纖維混凝土 三維隨機纖維骨料 隨機纖維 隨機裂縫 隨機幾何模型
1、ANSYS三維纖維骨料混凝土：
2、ANSYS球形試件隨機模型：
3、ANSYS隨機裂縫巖石節理裂隙
建模插件：
CAD隨機幾何3D插件
Abaqus 隨機裂縫 纖維混凝土建模
在abaqus內建立隨機裂縫模型或纖維混凝土模型，可采用CAD生成隨機纖維圖導入到abaqus的方式。使用CAD隨機纖維2D插件在AutoCAD內生成所需要的模型圖。
將CAD文件另存為.dxf格式。
打開abaqus選擇導入-草圖，將之前保存的dxf文件導入到abaqus草圖內。
復制草圖，并刪除纖維，只保留長方形外框，建立與模型大小一致的二維部件。
通過創建分區選擇第一張草圖將長方體幾何部件進行分區。
建模中所采用的插件下載：
CAD隨機纖維2D插件
COMSOL with Matlab連接 隨機裂縫生成 ￥50
生成隨機裂縫：
附件包含隨機裂隙m文件，歡迎下載學習。
comsol隨機幾何 隨機分布顆粒 纖維混凝土 不干涉模型 隨機球體 隨機裂縫
comsol隨機幾何模型
在常見的材料中，嚴格來講均質單一性的材料并不常見，更多的是隨機材料。這就使得在幾何建模時需要考慮材料的隨機性，這里講介紹幾種常見的隨機材料模型及在comsol內構建該模型的方法。
comsol多類隨機裂隙，帶厚度裂隙：
comsol纖維隨機分布，復合材料：
comsol隨機分布顆粒：
comsol隨機孔隙：
comsol不干涉隨機幾何構建
在comsol內主流的隨機分布幾何構建方法是通過COMSOL with Matlab連接，通過Matlab代碼實現模型的建立。但是采用 LiveLink for MATLAB的方案對于初學者要求較高，需要掌握MATLAB語法基礎并具有一定的程序設計能力。這里介紹另一種快速建模的方法，通過CAD文件導入到COMSOL內。
而在CAD內建立隨機幾何可通過其他軟件設置好參數后一鍵生成，從而無需編程操作。下面是能構建以上幾種模型CAD軟件。
下載鏈接：CAD隨機幾何3D
展開 
COMSOL三維隨機裂紋 裂縫模型 隨機裂隙 隨機纖維建模
在COMSOL中可采用CAD模型導入的方式實現隨機裂紋或是纖維材料的建模。首先需要在CAD內生成所需的三維纖維模型，這里用到了CAD_隨機纖維3D插件。模型建立如下圖所示。注意這里的纖維采用的是線，而非實體。
將長方體基體導出為.sat文件，同時將刪除基體后的線狀纖維另存為.dwg文件。
打開COMSOL軟件，在幾何菜單下選擇導入三維CAD文件，選擇剛剛保存的.dwg文件，并將要導入的對象更改為曲線和點，可選擇合并曲線對象。構建對象，這樣三維的線就導入到COMSOL軟件內了。
下一步我們將長方體的基體材料也導入到COMSOL內，其實這一步也可以在COMSOL中直接建模完成。還是選擇導入，選擇剛剛保存的.sat文件，在這里要導入的對象需要選擇實體。
到這一步纖維跟基體就全部導入到COMSOL內了。
如果想再COMSOL內模擬線性的裂縫，需要將基體進行分割操作，選擇布爾操作和分割-差集。要添加的對象選擇基體，要減去的對象選擇纖維。
構建對象后，基體材料就被纖維分割完成，形成了基體內的線狀裂縫。
后面進行網格剖分分析等，可根據自己的要求進行。
最后看一下GIF效果圖：
在建模過程中所采用的AutoCAD插件可以在這里下載得到：
CAD_隨機纖維3D插件
如需2D版本可通過下面鏈接下載：
CAD隨機纖維2D插件
展開 水力割縫引起鉆孔周圍瓦斯卸壓分析
本案例分析鉆孔周圍水力割縫引起的瓦斯卸壓狀況，以鉆孔周圍有裂縫與無裂縫為例。鉆孔周圍裂縫為隨機裂縫，兩種情況條件設置相同。從圖中可以看到，鉆孔周圍在隨機裂縫影響下，瓦斯卸壓程度比無裂縫時要明顯造成這種原因可能與裂縫中滲透率比煤層中大，引起增透效果。
COMSOL隨機幾何分布合輯
COMSOL隨機幾何分布合輯
1、comsol with matlab 隨機幾何
隨機圓
隨機橢圓：
2、COMSOL with Matlab連接 隨機裂縫生成
3、matlab隨機生成橢圓裂隙導入comsol
4、二維隨機裂隙-COMSOL
5、如何用MATLAB生成隨機裂隙
6、二維裂隙邊坡模型
7、基于comsol的隨機分布顆粒模型建立方法
我們經常用均一的材料在宏觀模型中進行分析各類物理場，為了進一步能詳細研究材料自身的規律，往往需要進行細觀、微觀方向的研究，各種材料在細觀微觀下呈現出來許多隨機分布的現象，我們在CAE分析初始，必須建立一個充分接近實際情況的幾何模型。
本文主要是介紹其中一類比較普遍的幾何模型，隨機分布的顆粒模型。經常可以看到這些方面在應用：
(1)、在絕緣材料中隨機分布導電顆粒，改善導電、介電性能；
(2)、金屬材料的細觀模型，描繪金屬顆粒之間的晶界，并進行聲學散射研究。
(3)、復合材料中的纖維隨機分布，改善力學、熱學等性能
(4)、土壤中加入隨機分布顆粒，研究滲流、溶質遷移等現象；混凝土的級配，采用隨機顆粒分布來仿真計算
本文基于comsol的模型方法，編寫了一個隨機方向、隨機大小、隨機位置橢球分布的代碼。
8、方法生成不干涉隨機幾何-圓球
9、三維混凝土隨機骨料投放算法
10、基于Matlab的二維與三維隨機裂隙生成
二維隨機裂隙生成
三維
11、基于蒙特卡羅法的二維隨機裂隙模擬Matlab
12、CAD多邊形隨機骨料繪制程序 V2.2
可用于生成多邊形隨機骨料的dwg文件，圖形可進一步導入abaqus、comsol等有限元仿真模擬軟件。
展開 CAD隨機纖維2D插件 V1.1版 ￥99
CAD隨機纖維2D插件用于在AutoCAD內生成隨機直線，可用于導入comsol、Abaqus、ANSYS、Fluent等軟件內進行纖維模型、線性梁單元、隨機裂縫、裂紋等方面的建模。
插件可控制生成的隨機線分布區域、線條數目、線條長度范圍、線條走向角度等信息。同時可控制線條之間是否會相交以及線條間的最小間距信息，以滿足有限元網格劃分的要求。
說明提醒
插件需要注冊，注冊后可永久使用，版本更新不影響注冊狀態，注冊請聯系QQ：1135122921。
對插件如有其它需求及改進建議歡迎提出。
更新日志
AbyssFish 淵魚
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2022/03/29 V1.0 版發布
1、插件發布，實現CAD隨機纖維線分布繪制功能。
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2022/11/24 V1.1 版
1、修正邊界區域判斷規則
2、修復纖維間距判別bug
3、優化程序運行
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展開 CAD長方形纖維插件2D ￥399
插件介紹
CAD長方形纖維插件2D版本可用于在AutoCAD軟件內生成隨機分布的長方形纖維圖形，生成的dwg格式模型可用于模擬二維隨機分布的纖維復合材料、隨機初始裂縫等，同時模型可導入COMSOL、Abaqus、ANSYS、Fluent等有限元軟件內進行仿真分析計算。
插件可指定纖維的分布范圍，通過設置寬度及高度參數，可指定在任意尺寸的長方體區域內進行纖維分布。
插件通過指定纖維數量的方式進行纖維分布密度的控制，可以設置在模型內隨機投放纖維的個數。
插件對纖維尺寸屬性及分布模式的控制采用三組參數實現。纖維長度參數控制纖維的長度信息，由于實際的纖維或裂縫并不是全部等長度，插件的纖維長度參數也可指定最小到最大長度的區間范圍。纖維長度在指定的范圍內服從均勻分布模式。
纖維直徑參數控制著纖維的直徑信息，也可設定直徑的分布范圍，或將最大及最小直徑設置為相同的常數，以實現單一直徑的纖維。
纖維角度信息可控制纖維的分布角度，纖維的角度坐標系是以x軸正方向為0度，逆時針方向為正角度方向。纖維角度參數可實現纖維的定向分布，可用于構建各向異性材料模型。如應用于具有一定方向性的微觀裂紋模型等。
插件可控制模型中纖維是否會相交，通過相交參數的設置，能生成相交或不相交的不同隨機分布的纖維模型。在不相交模式下，可通過最小間距參數對纖維之間的最小距離進行控制。最小間距的控制一方面可生成不同分散程度的模型，另一方面在模擬中如果間距過小可能會影響網格單元劃分。最小間距參數的設立可進一步增加模型在仿真計算時的穩定性。
在基本使用方法的基礎上，也可生成多模型通過手動組合的方式，建立更加復雜的幾何模型。
插件可設置超時終止參數，該參數存在的意義是防止模型參數設置的不合理造成程序無法終止，增加程序的健壯性。
展開 DFN在邊坡、隧道和巖石地基工程中的應用
本文介紹了悉尼西部一個主要公路隧道系統，作為隧道設計過程的一部分進行了DFN模擬，在DFN模型中包括了控制塊體形成的主要不連續，例如節理、層面和裂縫/層面剪切，介紹了模擬的必要輸入參數和這些參數的推導以及模型的生成過程。鑒于該項目隧道復雜的幾何形狀，對兩個具有代表性的100米長的隧道的幾何形狀進行了分析，一個是寬跨度的硐室(走向20°)，另一是一條隧道(走向125°)，對生成的多個模型進行了穩定性分析，以此來發展不穩定的塊狀體積分布，并確定硐室頂部和側壁的最大可能塊狀體積。此外，考慮了巖石錨桿和噴射混凝土載荷。
巖石原位塊體尺寸估計(Estimation of in site rock block size)
構造控制的隧道穩定性分析---Rock Wedge
地下開挖巖石楔的穩定性(Rock Wedges stability)
孤立的剛性塊體分析(block analyze-stability)
離散斷裂網絡DFN生成多個塊體的穩定性分析
(block volume distribution.txt)
(4) 用于大壩地基巖體DFN建模的裂縫水力特征分析(Hydraulic Characterization of Fractures for DFN Modeling of Dam Foundation Rock Mass)
對大壩地基巖體的一個重要要求是抗滲水，滲水機制取決于巖體的水力特性。當考慮到水在以裂縫為主的巖體中滲漏時，流動的途徑由滲透性裂縫的分布和連接控制。在這種情況下，使用離散裂縫網絡模型可以有效地模擬地下水流，因為DFN方法可以根據裂縫參數的統計分布在三維空間隨機地表達裂縫。在建立大壩地基巖體的DFN模型時，關鍵的挑戰之一是裂縫的水力特性(hydraulic characterization)。
展開 巖爆預測文獻回顧(Prediction of Rock Burst) (2) [1981-1990]
(1) 首先巖石的斷裂是一個基于裂縫隨機積累和發展的時間演變過程；(2) 使用聲發射(Acoustic Emissions, AE)可以監測裂縫數量的積累以及評估它們的大小；(3) 通過AE振幅-時間頻譜的變化和AE統計參數的變化，可以可靠地檢測出壓裂源的形成和發展; (4) 由于不同規模壓裂過程的相似性，因此可以利用檢測到的預測特征來預測巖爆。
Markov等人(1987) <Geomechanical Criteria of Prediction And Technology of Prevention of Rock Bursts During Excavation In Tectonically Stressed Rocks>介紹了一個描述重力構造應力的數學模型, 然后描述了對構造應力巖體中結構破壞的長期觀察結果。說明了切向和縱向有效應力之和對抗壓強度的影響。這篇論文的實踐意義是我們以前曾經討論過的采礦順序問題。當遇到受構造應力影響較大的巖體，應該試著改變開挖方向和回采順序，避免巖爆發生。
Gor and Kuksenko (1989) 在他們的論文<Concentration threshold for failure and prediction of rock bursts>中，根據大規模巖體破壞的分析，討論了形成破壞的臨界值，提出了依據巖體缺陷之間的平均距離計算臨界值的方法，然后使用這個臨界值來預測巖爆。
3 結束語
接下來，中國的巖爆預測研究就要開始登場啦。
展開 
開源XFEM程序：PhiPsi介紹
支持的
分析類型: 2D和3D靜態問題分析，2D水力壓裂分析，2D隱式動態問題分析，2D場問題（如熱傳導、滲流）分析，復合材料損傷（裂縫擴展、界面脫粘、離層破壞、熱-力-損傷耦合分析等）
支持多達
1000條裂縫的同時模擬
隨機生成初始
裂縫、夾雜、空缺等
支持
裂縫交匯，以及裂縫與夾雜和空缺的交匯模擬
采用
罰函數法計算接觸問題
采用
優化的Newton-Raphson算法求解非線性問題
支持
稀疏矩陣存儲技術
支持自由度的耦合
支持多種線性求解器，包括
LAPACK, MUMPS, UMFPACK, Lis以及SuperLU
支持有格式的和二進制的結果文件存儲方式
支持
OpenMP并行計算
實例應用
實例1: 拉伸載荷作用下裂縫的擴展和交匯
變形圖
The von Mises Stress
實例2: 多裂縫擴展（9條初始裂縫）
多裂紋模型增強節點
多裂紋最終擴展路徑
實例3: 交叉裂縫（特殊形狀）
網格圖
變形圖
x方向位移云圖
展開 Benchmark test 札記——記錄時間都去哪兒了
發布了如下基準考例[17]：斷層帶的多孔彈性響應（滲透壓力反饋）、向帶有應力相關滲透率的多孔熱彈性介質中注入冷水導致的隨機定向裂縫的剪切模擬、流體注入后裂分張開和滑移模擬、不透水熱巖中（EGS）中幣形裂紋或熱彈性孔的平面增強地熱系統斷裂、無定形二氧化硅在斷裂帶中的溶解/沉淀問題、含裂隙斷層的熱彈性多孔巖石中注水問題等，截至日期為2015年5月31日。
12 Abaqus提供了基準算例手冊[19]，ANSYS Workbench也提供了驗證手冊[20]
包含了靜力應力應變變形分析、屈曲分析、動力應力應變變形分析、模態分析、穩態傳輸分析、瞬態熱傳導和熱應力分析、歐拉有限元分析、電磁分析、滲流應力耦合分析、傳質分析、聲學分析、水下爆炸分析、土體分析、斷裂分析等等，每個功能模塊都提供相應驗證算例，但不能算是嚴格意義上的基準分析.
13 Featflow軟件的CFD benchmarking project基準計劃
Featflow這一有限元軟件網頁（http://www.featflow.de/en/benchmarks/cfdbenchmarking.html）提出了CFD benchmarking project，給出了典型的單向流、多相流、二維流固耦合、熱力耦合基準算例。
展開 巖爆預測文獻回顧(Prediction of Rock Burst) (5) [2006-2008]
3 聲發射
Kuksenko and Inzhevatkin (1987) 《Physical and methodological principles of rock burst prediction》提出了 (1) 巖石的斷裂是一個基于裂縫隨機積累和發展的時間演變過程；(2) 使用聲發射(Acoustic Emissions, AE)可以監測裂縫數量的積累以及評估它們的大小；(3) 通過AE振幅-時間頻譜的變化和AE統計參數的變化，可以可靠地檢測出壓裂源的形成和發展; (4) 由于不同規模壓裂過程的相似性，因此可以利用檢測到的預測特征來預測巖爆。
Chen(2000)<Study On The Characteristics Of Ultrasonic Wave Spectum In Cracked Rock Specimen On Compressive-Shear Loading>討論了巖石斷裂過程中的聲發射(AE)行為不僅與巖石類型密切相關，還與載荷和微裂縫的擴展密切相關, 因為從加載的巖石試樣中獲得的AE波譜包含了大量有關巖石微裂縫的信息。作者采用波譜分析法研究了巖石在壓-剪加載下的微裂縫機制，討論了不同加載階段的波譜行為與巖石的力學響應和臨界裂縫擴展之間的關系。結果表明，波譜參數對巖石的微裂縫比對荷載本身更敏感. 這篇論文沒有直接討論巖爆預測, 但提供了一些巖爆預測相關的基礎方法和理論。
Lu (2007) <Study of Using AE Theory to Predict Rock Burst> 根據聲發射AE機理和巖石破壞原理，研究了AE與巖爆的內在聯系，并在巖爆比較嚴重的老虎臺煤礦進行了AE測試。現場試驗顯示，發生在煤層的五次巖爆都被AE儀器檢測到并監測到。
展開 裂隙中的流固耦合仿真方法
提示：您還可以使用離散裂隙網絡插件直接在 COMSOL Multiphysics 內部的現有幾何結構中創建隨機裂隙，如裂縫性儲層的 3D 示例模型所述。
導入幾何圖形后，我們使用三角形有限元的非結構化網格（通過 Delaunay 細分）對域進行離散化，其中天然裂隙由嵌入相鄰有限元之間的聯合單元表示（圖1）。
圖1。該模型采用三角形有限元的非結構化網格離散化，其中天然裂隙由嵌入相鄰有限元之間的聯合單元表示。
第二步:設置模型，定義材料屬性、耦合參數和邊界條件
我們使用 COMSOL Multiphysics 中的固體力學和達西定律接口對裂隙介質中的流體力學過程進行了模擬。我們激活了 多孔彈性接口以實現固體和流體方程之間的直接耦合，定義了巖石基質和裂隙的材料特性和本構方程，將巖石/裂隙特性，例如孔隙率、儲水和滲透率定義為局部應力/壓力狀態的函數，來實現間接耦合。我們還定義了力學和水力邊界條件。
第三步:計算解
我們在兩個連續的階段運行模型。在第一階段，系統在給定的原位應力和壓力條件下達到初始平衡（通過斜坡加載）。在第二階段，我們模擬系統對流體注入或地下開挖等工程活動的響應。
仿真實例
示例1:裂隙巖石中的流體注入
我們將建立的模型用于模擬受流體注入影響的裂隙巖石的流體力學行為（參考文獻 1）。使用該模型，我們可以真實地表征裂隙多孔介質中的壓力擴散，完整巖石中由脆性和疲勞引起的損傷以及裂隙結構對流體力學過程的重要影響（圖2）。我們還能夠直觀地查看裂隙巖石中損傷、應力和壓力場的詳細演變，并進一步研究多孔彈性對驅動系統中新損傷傳播的基本控制（圖 3）。
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