有限元与离散元动态耦合算法在脆性材料破坏分析中的应用

"DEM与FEM动态耦合算法研究 (2013年)" 这篇2013年的学术论文探讨了离散单元法（DEM）与有限单元法（FEM）的动态耦合算法，旨在解决脆性材料在动态载荷下的冲击破坏分析问题。离散单元法在模拟裂纹扩展和碎片飞散方面表现优越，但计算效率较低；而传统有限单元法则具备高效稳定的计算特点，但在描述连续体向非连续体转变过程中存在局限。论文提出了基于罚函数法的改进耦合策略，以提高耦合分析的精度。 在该方法中，研究者首先引入了一种基于罚函数法的改进型离散单元和有限单元的耦合模型。这种模型旨在通过罚函数法来协调两种方法的差异，从而改善整体分析的准确性。接着，他们提出了动态耦合算法：在分析的初期，整个模型采用有限单元法；当模型中的某个局部即将发生破坏时，仅将即将破坏的有限单元及其相邻单元转换为离散单元，以此来专注于离散单元区域内发生的破坏问题。这样既保留了有限单元法的高效计算优势，又减少了离散单元法的计算负担。 论文通过两个简单的算例验证了改进型耦合算法和动态耦合算法的有效性，证明了这种方法在处理脆性材料动态破坏问题时的可行性和准确性。这项研究受到了国家自然科学基金等多个项目的资助，反映了其在科学研究中的重要地位。 关键词涉及的领域包括有限单元法、离散单元法、耦合算法、动态耦合算法以及罚函数法，这表明该论文深入探讨了这些技术在脆性材料动态响应分析中的应用。中图分类号则将论文定位在计算力学和结构工程的交叉领域，揭示了其在工程实践中的潜在应用价值。 这篇2013年的研究工作为理解和解决脆性材料在动态载荷下的破坏问题提供了一种创新的数值分析方法，结合了两种主流数值方法的优点，对相关领域的理论研究和工程应用具有重要的参考意义。