开源XFEM程序：PhiPsi介绍

今天木木要给大家介绍一款大型的扩展有限元开源程序：PhiPsi。

2021年从一本书（《扩展有限元理论及Fortran编程》）中看到PhiPsi的介绍，当时就被它的XFEM功能所吸引。至今已经接触该程序将近两年时间了，解决了很多棘手的问题。

使用过程中也会咨询程序开发者（@师访）一些技术上面的问题，每次都会耐心解答，也会给我有限元编程方面很好的建议。

为感谢作者的帮助，木木现将程序的应用范围做逐一简介，为PhiPsi做一宣传推广，希望正在研究XFEM的小伙伴可以用到该程序。

程序特性

PhiPsi是基于Fortran编写的有限元和扩展有限元计算固体力学程序. 由于扩展有限元法一般采用水平集函数 和 描述裂缝面，此外 和 还在塑性力学中用来表示内摩擦角和剪胀角，故取名PhiPsi。

1. 支持的 分析类型: 2D和3D静态问题分析，2D水力压裂分析，2D隐式动态问题分析，2D场问题（如热传导、渗流）分析，复合材料损伤（裂缝扩展、界面脱粘、离层破坏、热-力-损伤耦合分析等）
2. 支持多达 1000条裂缝的同时模拟
3. 随机生成初始 裂缝、夹杂、空缺等
4. 支持 裂缝交汇，以及裂缝与夹杂和空缺的交汇模拟
5. 采用 罚函数法计算接触问题
6. 采用 优化的Newton-Raphson算法求解非线性问题
7. 支持 稀疏矩阵存储技术
8. 支持自由度的耦合
9. 支持多种线性求解器，包括 LAPACK, MUMPS, UMFPACK, Lis以及SuperLU
10. 支持有格式的和二进制的结果文件存储方式
11. 支持 OpenMP并行计算

实例应用

实例1: 拉伸载荷作用下裂缝的扩展和交汇

实例2: 多裂缝扩展（9条初始裂缝）

实例3: 交叉裂缝（特殊形状）

实例4: 裂缝与圆形孔洞相遇过程的模拟

实例5: 含任意生成圆形夹杂复合材料梁结构的变形分析

实例6: 水力压裂模拟：单缝无地应力

实例7: 三维水力压裂仿真 (单元数目51.2万、500条天然裂缝（通过FracMan *.fab文件导入）)

实例8: 地震加速度载荷作用下坝体的破坏过程

实例 9: 非线性分析 - 塑性变形 (Von Mises)

实例10: 拉伸载荷作用下的三维裂缝

实例11: 承受内压空心圆筒筒壁三维裂缝

实例12: 拉伸载荷作用下的三维裂缝的扩展

实例13: 拉伸载荷作用下的两个三维圆形裂缝的扩展

实例14: 含绝热裂缝和孔洞板的温度分布

实例15: 开挖扰动造成的裂缝扩展（煤层顶板断裂仿真）

实例17: 岩石压剪裂缝扩展（单轴压缩）

实例18: 3D非平面分段水力压裂 (10条随机生成天然裂缝)

宝藏网站

以下两个网址均为PhiPsi开发者的个人网站，里面提供大量实例代码、源程序：

http://phipsi.top/

http://phipsi.top/other_book_xfem.html

开发者简介

师 访，1988年生，江苏沛县人，副教授，硕士生导师。2010年6月获得中国矿业大学工程力学学士学位，2015年6月获得中国矿业大学固体力学博士学位，2015年7月至中国科学技术大学近代力学系做博士后研究，2017年9月起在淮阴工学院任教。研究方向为：计算固体力学（主要为有限元和扩展有限元）及其应用。至今出版专著2本，发表SCI期刊论文14篇，EI期刊论文2篇，拥有软件著作权5项，主持国家自然科学基金青年基金项目1项、江苏省自然科学基金青年基金项目1项。

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联系方式:

E-mail: shifang@hyit.edu.cn

QQ：1549221758

木木建议

若只是想体验PhiPsi的XFEM功能，以上网站所提供的代码或GUI程序完全满足你的需求；若想深入了解其实现原理，建议搭配《扩展有限元理论及Fortran编程》结合使用。