最新大语言模型比较---岩石力学中的FDEM

摘要

本文测试了不同大语言模型对“What is the FDEM in rock mechanics”问题的回答能力，发现部分模型如gpt-4-turbo等能准确回答，而mistral-large等模型表现较差。文章详细介绍了FDEM在岩石力学中的应用，它是一种结合有限元法和离散元法的混合数值模拟方法，特别适用于模拟岩石的断裂和破碎过程。FDEM通过综合考虑岩石的连续性和非连续性，提供更真实的模拟，对于复杂情况尤为有价值，广泛应用于岩石力学与采矿等领域。

正文

1. 引言

在这个测试中，使用一个简单的提问“What is the FDEM in rock mechanics”测试了最新的大语言模型。在此之前，通过使用一个简单的提问---“有哪些FDEM软件？”测试了目前大部分免费的大语言模型的性能，测试结果显示，国外最好的模型是Phind【推荐 | 逆向工程GPT4free---免费使用GPT模型(BBM和BPM试验)】, Claude和CoPilot；国内最好的模型是讯飞星火和文心一言，其他模型均不能给出满意的回答，最主要的问题是不能识别出我们意指的FDEM【2024年第13周 | 大语言模型性能测试---以FDEM为例】。

2. 测试结果

在当前比较的几个大语言模型中，按其准确度和性能，给出了测试结果。

较好的4个模型：

(1) gpt-4-turbo-2024-04-09 (4月9日发布) [1]

(2) claude-3-sonnet-20240229 (2月29日发布) [5]

(3) command-r-plus (3月发布)[7]

(4) gpt-4-0125-preview (1月25日发布)[1]

这4个模型都是收费的。

较差的3个模型：

(1) mistral-large-2402

(2) qwen1.5-72b-chat

(3) gpt-3.5-turbo-0125

3. FDEM简述

在岩石力学中，FDEM 是 "有限元-离散元(Finite-Discrete Element Method)"的缩写，这种混合的数值模拟方法结合了有限元法(FEM)和离散元法(DEM)，用于模拟岩石和其它地质不连续材料在加载或卸载等各种应力条件下的运动和相互作用，从而预测材料的整体行为。这些材料会断裂并破碎成单独的部分，尤其是在连续和不连续变形都很显著的情况下。在有限元法或离散元法无法单独充分描述材料行为的情况下，FDEM 尤其有用。以下是FDEM的工作原理及其应用的详细介绍：

(2) DEM处理材料的不连续行为，如开裂和碎裂。在DEM中，材料被模拟为在界面上相互作用的离散块体或颗粒的组合体，它们可以独立运动，并在其边界处相互作用。DEM 适用于研究接触、碰撞或分离起重要作用的材料力学行为，在捕捉裂缝的产生和扩展、不同块体之间的分离以及碰撞和滑动等其他不连续行为方面尤为有效。

3.2 FDEM如何工作

(1) FEM和DEM的集成：FDEM无缝集成了FEM的连续分析和DEM的块状、基于颗粒的分析，它既能模拟材料内部的变形过程(由 FEM 处理)，也能模拟离散块体或裂缝之间的相互作用(由DEM处理)。根据应力状态和材料响应，模型的某些部分可以在连续(FEM)或不连续(DEM)之间动态转换，从而适应模拟条件的变化。FDEM 将 FEM 和 DEM 集成到一个框架中，使模型能够根据局部的应力和变形条件，在连续和非连续描述之间进行自适应动态转换。这意味着，在材料行为主要是弹性和连续的区域，有限元方法可能会占主导地位。反之，在出现裂缝或分离的区域，DEM 方法就变得更为重要。

(2) 自适应网格：在 FDEM 中，网格可在模拟过程中动态调整。随着裂缝的发展和扩展，网格可以改变，以更好地表示新的表面和不连续性。

3.3 FDEM 的应用

(1) 岩石力学与采矿：FDEM在模拟岩石断裂过程、评估地下开挖的稳定性以及预测岩体在采矿活动中的行为方面特别有用，对于了解隧道、边坡或其他地下结构的岩石稳定性至关重要，它可以预测岩石在采矿活动中的断裂和行为，有助于设计更安全、更有效的开采方法。

(3) 土木与结构工程：FDEM 可帮助评估建筑物和基础设施在各种荷载和环境条件下的结构完整性，可用于模拟土和岩石中复杂的相互作用，如山体滑坡或建造地基和挡土结构时发生的相互作用，包括地震模拟，可模拟岩层和结构对地震荷载的响应。

(4) 油气勘探：它有助于了解岩石的压裂过程，这对水力压裂等技术至关重要。

3.4 小结

FDEM 的突出之处在于，它通过考虑岩石的连续性和非连续性，对岩石在各种力学应力下的行为进行了更真实的模拟。在传统的单一方法模型可能无法满足要求的情况下，例如在高度断裂或断层岩体中，这种综合方法尤其有价值。