花岗岩热-力耦合行为与损伤破坏机制的多尺度近场动力学模拟研究

本文提出了一种创新的多尺度近场动力学（PD）计算框架，通过耦合非线性力学层与热损伤层，结合多参数随机算法与OpenMP并行计算，系统模拟了高温下花岗岩的力学性能演变与损伤机制。研究揭示了温度升高导致峰值强度降低、塑性变形增加及热裂纹网络形成的规律，为深部地热工程中高温岩体稳定性分析提供了重要理论依据。

　　

Section snippets

Basic theory of bond-based peridynamics

近场动力学理论认为，在任意时刻t，物体内某材料点x会与其邻域H_x内的其他材料点$x^{\prime }$产生相互作用力，这种力被概念化为"键"，质点间通过键传递力。根据牛顿第二定律，材料点x的运动方程为：

$\rho \ddot{u}\left(x\right)=\underset{H_x}{\int }f\left(x,x^{\prime },u\left(x,t\right),u^{\prime }\left(x,t\right)\right)d{V}^{\prime }+b\left(x,t\right)$

其中$u\left(x,t\right)$和$u^{\prime }\left(x,t\right)$分别表示...

Mechanical and damage behavior of granite after high temperature

基于上述计算框架，本研究深入探索了高温处理后花岗岩的力学特性与损伤行为。首先构建了多矿物异质性的花岗岩键基近场动力学（BB-PD）模型，随后通过对比实验数据（应力-应变曲线、破坏模式）验证了模型参数的合理性，最后系统研究了高温与机械载荷共同作用下的花岗岩断裂行为。

Discussion

近几十年来，针对高温后花岗岩力学性能的实验室研究日益深入。尽管样本在矿物成分和粒度上存在差异，但学界对高温影响微观结构损伤演化与宏观力学响应的规律已形成共识。如图14(a)所示，加热会引发一系列热物理与热化学过程。花岗岩在高温下...

Conclusions

本研究通过建立基于温度场-应力场耦合的键基近场动力学（BB-PD）计算框架，系统研究了高温处理后花岗岩在压缩载荷下的力学性能与损伤机制。该框架包含多层模型、非线性力学特性的机械层模型、热损伤特征的热层模型、面向多层模型的OpenMP并行计算方法、多参数随机算法以及非线性温度演化方法，为深部地热工程中高温岩体行为预测提供了创新解决方案。