A pore-level multiscale method for the elastic deformation of fractured porous media
A pore-level multiscale method for the elastic deformation of fractured porous media
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裂缝性多孔介质弹性变形的孔隙级多尺度方法
DOI：
10.1016/j.jcp.2023.112074
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发表时间：
2023
影响因子：
4.1
通讯作者：
Mehmani, Yashar
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li, Kangan;Mehmani, Yashar
孔隙尺度模型对于理解和放大裂隙多孔介质的力学变形是有用的。通过直接数值模拟(DNS)获得最高保真度的解，其中控制方程被离散，并在多孔样品的3D图像(例如，X射线)上使用精细网格解算器(例如，有限元)进行求解。然而，DNS的缺点是其计算成本较高。提出了一种具有任意微结构和裂纹模式的多孔固体线弹性响应的孔层多尺度方法(PLMM)，该方法可以有效地逼近数值解，并具有可控的精度。PLMM将固体分解成子域，在子域上建立局部基函数和修正函数。然后，将这些函数与一个全局问题相结合，得到一个近似解，其误差可以迭代纠正。PLMM的一个关键特征是，与作者之前的公式不同，分解不需要符合裂缝。这为未来解决裂纹形核和扩展问题铺平了道路，而不需要动态更新分解。我们用一个相场变量来表示裂纹的扩散，并探索了三种通过基函数或修正函数来捕捉它们的策略。分析了每种策略对收敛速度和计算代价的影响。
Pore-scale models are useful for understanding and upscaling the mechanical deformation of fractured porous media. The highest fidelity solutions are obtained by direct numerical simulation (DNS), in which the governing equations are discretized and solved with a fine-grid solver (e.g., finite elements) over a 3D image (e.g., X-ray) of a porous sample. However, the downside of DNS is its high computational cost. We present a pore-level multiscale method (PLMM) that approximates DNS efficiently and with controllable accuracy in modeling the linear elastic response of porous solids with arbitrary microstructure and crack pattern. PLMM decomposes the solid into subdomains, over which local basis and correction functions are built. These functions are then coupled with a global problem to yield an approximate solution, whose errors can be iteratively corrected. A key feature of PLMM is that the decomposition need not conform to the cracks, unlike a previous formulation by the authors. This paves the way towards solving crack nucleation and growth problems in the future without the need to dynamically update the decomposition. We represent cracks diffusely using a phase-field variable and explore three strategies for capturing them through either the basis or correction functions. The implications of each strategy on the convergence rate and computational cost are analyzed.
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孔隙尺度流体动力学的多尺度计算：单相流
DOI：
10.1016/j.jcp.2018.08.045
发表时间：
2018
期刊：
J. Comput. Phys.
影响因子：
--
作者：
Y. Mehmani;H. Tchelepi
通讯作者：
H. Tchelepi
扩展离散元法对不规则形状区域介质的断裂分析
DOI：
--
发表时间：
1991
期刊：
影响因子：
--
作者：
K. Meguro;K. Iwashita;M. Hakuno
通讯作者：
M. Hakuno
DOI：
10.1016/j.jcp.2019.03.035
发表时间：
2019
期刊：
J. Comput. Phys.
影响因子：
--
作者：
Y. Mehmani;H. Tchelepi
通讯作者：
H. Tchelepi
影响因子：
2.9
作者：
Kangan Li;N. M. Atallah;A. Rodríguez‐Ferran;D. Valiveti;G. Scovazzi
通讯作者：
Kangan Li;N. M. Atallah;A. Rodríguez‐Ferran;D. Valiveti;G. Scovazzi
用于基于有限体积的孔隙弹性模拟的多尺度有限体积方法
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4.1
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通讯作者：
H. Hajibeygi