Efficient FEM techniques and fast solvers for coupled solid-fluid problems in geotechnical processes in the framework of the Theory of Porous Media (TPM)

多孔介质理论 (TPM) 框架下岩土工程过程中固液耦合问题的高效 FEM 技术和快速求解器

基本信息

项目摘要

The aim of this project is to develop, to analyze and to implement efficient numerical FEM discretization and multilevel solution techniques for the simulation of geotechnical processes in the framework of the Theory ofPorous Media (TPM). The developed FEM methods have to take into account the so-called LBB-stability constraint due to the incompressibility and they have to include stabilization approaches for the involved convective operators, and they have to be designed for adaptive mesh refinement and fluid-solid interaction. All these techniques shall be based on special CFD methods which have to be adapted for the simulation of geotechnical processes. Together with partners from engineering sciences, particularly from the associated research group FOR 1136, the numerical techniques and the in our in-house software FEATFLOW realized software tools shall be validated and evaluated in comparison to numerical and experimental benchmark data as well as existing software (ABAQUS, PANDAS). The central aspect of the applied research work in the following second period is the extension of the developed methodology for 3D configurations and the extension towards more complex constitution models including geometrical and material nonlinearities.
本项目的目的是在多孔介质理论(TPM)的框架下,开发、分析和实现有效的数值有限元离散和多层求解技术,用于岩土过程的模拟。发展的有限元方法必须考虑由于不可压缩而产生的所谓的LBB稳定性约束,它们必须包括对所涉及的对流算子的稳定化方法,并且它们必须被设计用于自适应网格加密和流固耦合。所有这些技术都应基于特殊的CFD方法,这些方法必须适用于岩土工程过程的模拟。与工程科学的合作伙伴,特别是来自1136相关研究小组的合作伙伴,应与数值和实验基准数据以及现有软件(ABAQUS、PANAS)进行比较,验证和评估我们内部软件FEATFLOW实现的软件工具中的数值技术和软件工具。在接下来的第二阶段中,应用研究工作的中心方面是扩展所开发的3D构型的方法,并扩展到包括几何和材料非线性在内的更复杂的本构模型。

项目成果

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A new monolithic Newton‐multigrid‐based FEM solution scheme for large strain dynamic poroelasticity problems
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