为了验证所建立的模型在模拟岩石的破碎过程时的适用性，最直接的办法是对岩石进行数值模拟，然后将结果与已知可靠的研究数据进行对比。然而现有的基于试验观测的数据因受到各种主观或客观因素（如测试的方法、设备的精度、岩样的选取、岩石的性质等）的影响而存在着不同程度的差异。因此，若将试验获得的数据直接作为本专著验证数值模拟结果的有效性的标准资料显然是不科学的，必须选择一种准确可靠的数据资料作为评判模型有效性的依据。此外，自然界中的岩石都存在不同程度的非均质性和各向异性，而现阶段本专著所建立的高阶理论模型是基于各向同性的理想均质材料微观结构假设之上的，因此对于存在未知缺陷区的各向异性的非均质材料难以进行准确的数值模拟。陶瓷材料因具有相对均质和各向同性的特性且与天然岩石的脆性和硬度相仿，已被国内钻探工程领域的不少学者作为“人造岩石”进行过相关研究。张绍和（1999）为了根据岩石的A、B值对岩石进行可钻性分级，用金刚石锯片切割陶瓷材料做成的瓷砖作为同等条件下切割岩石的比较标准。杨俊德（2004）也在其博士论文中，将陶瓷材料做成的瓷砖来作为岩石的替代品进行钻头钻进试验，据此研究钻进过程中金刚石钻头的磨损规律。

鉴于此，为了克服天然岩石的非均质性和各向异性，本专著选取了含有晶粒间似玻璃膜层（Intergranular Glassy Film，简称IGF）的氮化硅陶瓷材料进行断裂过程的模拟。IGF是一种宽度约为1～2nm的夹杂在多数陶瓷材料中的微观结构缺陷（Ching et al，2010；Luo，2007；Subramaniam et al，2006）。这种微观膜层与晶体的交界处是由含有键长和键角扭曲的差额或超额配位原子组成的缺陷结构。尽管只占据陶瓷材料总构成和体积的极小部分，但是其对陶瓷材料整体的物理和力学性能却有着非常显著的影响（Luo，2007；Pan，1996）。正因如此，本专著选取含有IGF的陶瓷材料更能逼真地模拟自然界中含各种微观尺度缺陷结构的岩石，同时避免了模型材料的过度非均质性以及微观缺陷结构的未知性。(www.daowen.com)

Ab initio计算方法是一种直接根据量子力学中的第一原理计算原子和分子结构的高度精确的计算方法。它无需借助任何试验方法获得任何参数，便能对各种尺寸的分子性能进行精确计算。该方法已被国外不少学者用来作为研究含纳米缺陷结构的氮化硅陶瓷的断裂失效过程，如文献（Chen et al，2005；Ching et al，2009；Misra et al，2007）采用了ab initio计算方法对含IGF结构的氮化硅陶瓷建立原子模型并进行模拟计算，结果表明，氮化硅陶瓷在受到外力作用下发生变形，内部的IGF及其与陶瓷晶体的界面处总是最先发生损伤变形，随后演化成具有一定厚度的损伤带，损伤变形过程始终伴随着与宏观尺度脆性材料极其相似的应变软化现象，直至最终陶瓷材料结构的断裂失效。由此可见，用ab initio计算方法研究氮化硅陶瓷的断裂失效过程的技术已经相当成熟。因此，本专著将采用ab initio计算方法获得的原子模型结果作为标准，与采用本专著所建立的高阶理论模型模拟的结果进行详细对比，从而对高阶理论模型在用于模拟和研究岩石破碎过程和机理时的适用性作出评价。