长期以来,有限元方法凭借通用性强、适用面广,成为工程数值计算的主流工具。但裂纹扩展、材料界面、流固耦合剪切带等间断现象面前,这把“万能钥匙”逐渐暴露出局限。传统有限元在处理间断问题时主要有三上困难:第一,为刻画间断特征往往需要将网格细化到很高密度,单元数量快速增长,计算时间和内存占用随之攀升,工程效率受到明显影响。第二,裂纹扩展或界面演化会引发频繁的网格重构,重构过程中网格质量容易恶化,甚至出现单元扭曲失效,导致精度下降乃至计算中断。第三,多相界面问题通常要求单元边界与物理界面严格对齐,而在三维复杂工程场景中,这种对齐约束几乎难以长期满足。
扩展有限元法的工程化应用,推动了间断问题仿真能力的提升,为裂纹与界面演化等难题提供了更高效的计算途径,也为重大装备可靠性评估增添了新的技术手段;随着数字孪生等技术持续发展,XFEM有望在虚拟仿真与工程实践之间发挥更关键的连接作用,为制造业的高质量发展提供支撑。