Details

Цель работы – разработка и реализация в открытом фреймворке MUSEN модуля генерации многоуровневых агломератов, выявление закономерностей разрушения образцов гетерогенных материалов в численных экспериментах и сопоставление с натурными испытаниями. Для достижения цели решены следующие задачи: проведён анализ современных подходов к моделированию гетерогенных сред методом дискретных элементов; реализована модификация кода MUSEN, обеспечивающая построение иерархических структур с вложенными уровнями агломерации; выполнены симуляции сжатия образцов с различной структурой; разработаны методы постобработки данных для оценки эволюции повреждений; проведено сопоставление результатов численных экспериментов с данными лабораторных испытаний (диаграмма сигма-эпсилон, параметры АЭ). Научная новизна заключается в реализации генерации иерархических агломератов в открытом GPU-ускоряемом фреймворке MUSEN, что позволило провести детальное моделирование разрушения гетерогенных материалов со сложной многоуровневой структурой, изучить роль асперити в развитии очага разрушения. Практическая значимость: программные решения могут использоваться для решения задач материаловедения, прогнозирования поведения сложных гетерогенных материалов и зон тектонических разломов.

The goal of the work is to develop and implement a module for generating multilevel agglomerates within the open-source MUSEN framework, to investigate the fracture patterns of heterogeneous materials through numerical experiments, and to compare the simulation results with laboratory test data. To achieve this goal, the following tasks were solved: an analysis of modern approaches to modeling heterogeneous media using the discrete element method was conducted; a modification of the MUSEN code was implemented to enable the construction of hierarchical structures with nested levels of agglomeration; simulations of the compression of samples with different structures were performed; post-processing methods were developed to assess the evolution of damage; the results of numerical experiments were compared with laboratory test data (sigma-epsilon diagram, AE parameters). The scientific novelty of this work lies in generating hierarchical agglomerates within the open-source GPU-accelerated MUSEN framework which allowed for the detailed modeling of the destruction of heterogeneous materials with complex multi-level structures and the study of the role of asperity in the development of the fracture site. The practical significance of this work lies in the potential application of the developed software solutions for solving materials science problems, predicting the behavior of complex heterogeneous materials, and analyzing tectonic fault zones.