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A simple and efficient three-dimensional spring element model for pore seepage problems
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DOI：10.1016/j.enganabound.2025.106225.png)
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摘要
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本研究提出了一种新型弹簧单元模型，用于高效模拟多孔介质中的非线性渗流。该模型将模拟域离散化为四面体单元，并在每个单元内构建正交的三维渗透网络，建立了管道流量与节点压力差之间的定量关系。通过建立连接网络流量与节点压力差的数学模型，该方法能够实现管道流量在局部坐标系中的精确分配和向全局坐标系的准确转换，从而确定节点流量和流速。三维渗流弹簧单元法（3D-SSEM）将有限元分析中的单元流量矩阵简化为三个关键的管道渗透刚度值，从而降低计算复杂度。结合并行计算策略，该算法在计算效率和内存使用方面实现了显著提升。该方法通过四个数值算例进行了验证，展示了在求解饱和-非饱和渗流问题方面的高效性和准确性。与解析解和其他数值方法相比，该方法表现出更优的收敛性和更短的求解时间，同时保持了精度。此外，该方法有效模拟了大规模实际环境中的复杂耦合过程，为实际工程设计的优化提供了有力支持。
Keyword:
Three-Dimensional Seepage Spring Element
Method (3D-SSEM)
Local coordinate system
Pore seepage
Pore-solid coupled seepage
Computational efficiency
期刊
IF:
4.1
论文数:
5.9K
被引数:
9.4K
机构
引用论文
A 2D fully coupled hydro-mechanical finite-discrete element model with real pore seepage for simulating the deformation and fracture of porous medium driven by fluid具有真实孔隙渗流的2D完全耦合流体力学离散有限元模型，用于模拟流体驱动的多孔介质的变形和破裂
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