Study of failure and scale effects in rocks under uniaxial compression using 3D cellular automata

Pan, Peng‐Zhi; Feng, Xia‐Ting; Hudson, John

doi:10.1016/j.ijrmms.2008.11.001

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“…However, it is costly and time-consuming to conduct a large number of physical experiments and it is difficult to capture the transient test results. Numerical methods have become increasingly popular in the study of rock failure processes (Pan et al 2009). With the aid of multiscale observations during physical experiments, it is clear that fracture evolution in rock is a transscale process of progressive damage accumulation.…”

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confidence: 99%

Morphologic Interpretation of Rock Failure Mechanisms Under Uniaxial Compression Based on 3D Multiscale High-resolution Numerical Modeling

Liang

Tang

2014

Rock Mech Rock Eng

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Multiscale continuous laboratory observation of the progressive failure process has become a powerful means to reveal the complex failure mechanism of rock. Correspondingly, the representative volume element (RVE)-based models, which are capable of micro/meso-to macro-scale simulations, have been proposed, for instance, the rock failure process analysis (RFPA) program. Limited by the computational bottleneck due to the RVE size, multiscale high-resolution modeling of rock failure process can hardly be implemented, especially for three-dimensional (3D) problems. In this paper, the self-developed parallel RFPA 3D code is employed to investigate the failure mechanisms and various fracture morphology of laboratory-scale rectangular prism rock specimens under unconfined uniaxial compression. The specimens consist of either heterogeneous rock with low strength or relatively homogeneous rock with high strength. The numerical simulations, such as the macroscopic fracture pattern and stressstrain responses, can reproduce the well-known phenomena of physical experiments. In particular, the 3D multiscale continuum modeling is carried out to gain new insight into the morphologic interpretation of brittle failure mechanisms, which is calibrated and validated by comparing the actual laboratory experiments and field evidence. The advantages of 3D multiscale high-resolution modeling are demonstrated by comparing the failure modes against 2D numerical predictions by other models. The parallel RVEbased modeling tool in this paper can provide an alternative way to investigate the complicated failure mechanisms of rock.

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confidence: 99%

Morphologic Interpretation of Rock Failure Mechanisms Under Uniaxial Compression Based on 3D Multiscale High-resolution Numerical Modeling

Liang

Tang

2014

Rock Mech Rock Eng

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“…, which is a combination of multiple techniques and theories, such as finite element method, cellular automaton, elasto-plastic theory and principle of statistics etc (Pan et al, 2009a, Pan et al, 2009b, Pan and Feng, 2013.. The CNWRA team used the Finite Difference code FLAC.…”

Section: Dmentioning

confidence: 99%

Evaluation of the predictive capability of coupled thermo-hydro-mechanical models for a heated bentonite/clay system (HE-E) in the Mont Terri Rock Laboratory

et al. 2017

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“…As regras locais de transição são funções que atualizam o estado de uma célula qualquer baseado nos estados dela própria e da sua vizinhança. As células de um AC assumem a cada passo um estado específico existente em um conjunto finito de possibilidades de estados, apesar de que Ostrov e Rucker (1996) Gürdal e Tatting (2000) introduziram um novo esquema com AC em que a análise e projeto de estruturas de treliças são atualizadas ao mesmo tempo e mostrou que o esquema proposto é totalmente capaz de fazer uma modelagem linear e não linear dessas estruturas, e pode se estender à aplicação de otimização estrutural. Li, Feng e Zhou (2004) usaram a estrutura do modelo de AC para simular o processo de falha de rochas heterogêneas e do mecanismo de interação de fissuras.…”

Section: Autômato Celularunclassified

“…Os Autômatos Celulares permitem resolver problemas que possuem uma complexidade alta de forma natural. Com o rápido desenvolvimento de técnicas computacionais, o AC tem sido amplamente utilizado em diversas áreas, como: mecânica dos sólidos GÜRDAL, 2000;ZHOU, 2006;HUDSON, 2009), mecânica dos fluidos (WOLFRAM, 1986), proliferação de células cancerígenas (MALLET; PILLIS, 2006;MARTINS, 2010), modelos de crescimento urbano (IRWIN; GEOGHEGAN, 2001), redes neurais (COPELLI et al, 2002), espalhamento de epidemias (MELOTTI, 2009) e formação de padrões espaciais (SUZUDO, 2004). Ao se trabalhar em conjunto com outros métodos numéricos, os autômatos celulares são amplamente utilizados para resolução de problemas de mecânica estrutural e dos sólidos (PSAKHIE et al, 2001;ZHOU, 2006;HUDSON, 2009;SILVA et al, 2009).…”

Section: -Introduçãounclassified

Estudo da convergência do método dos autômatos celulares em problemas da mecânica das estruturas com o uso do método dos elementos finitos

Lages

Júnior

Lobo

et al. 2016

Cieng

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RESUMOProblemas da mecânica estrutural e dos sólidos podem apresentar comportamentos globais complexos e muitas vezes sem solução analítica. Métodos numéricos, a exemplo do Método dos Elementos Finitos (MEF), mostram-se como ferramentas tradicionais para estudo desses sistemas. O Autômato Celular (AC) é um modelo que se baseia na ideia de que o comportamento macroscópico de um sistema pode ser reproduzido por conjuntos menores com simples regras locais. Uma vez que essa abordagem parte de uma microescala para uma macroescala, esta técnica permite o estudo de efeitos microscópicos em objetos macroscópicos de maneira natural. Este trabalho estuda a convergência e o desempenho de uma técnica híbrida de AC com MEF a partir do desenvolvimento de um módulo computacional capaz de simular problemas de mecânica estrutural. Quatro estratégias de atualizações são estudadas, avaliadas quanto à convergência e comparadas, com diferentes ordenações e graus de discretização. Palavras-chave: Método dos Elementos Finitos, Autômato Celular, mecânica dos sólidos e estrutural. ABSTRACTStructural and solid mechanics problems can show complex global behavior and, in many cases, without an analytical solution. Numerical methods, such as the Finite Element Method (FEM), are traditionally used to study these systems. The Cellular Automata (CA) is a model based on the idea that the microscopic behavior of a system can be reproduced by smaller systems with simpler local rules. As this approach goes from a microscale to a macroscale, this technique enables the study of microscopic effects in macroscopic objects in a natural way. This paper studies the convergence of a hybrid technique of CA and FEM by developing a computational module capable of simulating solid-and structural-mechanics problems. Four update schemes are studied, evaluating the convergence, with different ordinations and degrees of discretization.

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Study of failure and scale effects in rocks under uniaxial compression using 3D cellular automata

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Morphologic Interpretation of Rock Failure Mechanisms Under Uniaxial Compression Based on 3D Multiscale High-resolution Numerical Modeling

Morphologic Interpretation of Rock Failure Mechanisms Under Uniaxial Compression Based on 3D Multiscale High-resolution Numerical Modeling

Evaluation of the predictive capability of coupled thermo-hydro-mechanical models for a heated bentonite/clay system (HE-E) in the Mont Terri Rock Laboratory

Estudo da convergência do método dos autômatos celulares em problemas da mecânica das estruturas com o uso do método dos elementos finitos

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