结合界面脱粘模型的脆弱点法模拟 U 型缺口结构的损伤与断裂
数值分析
2021-12-14 v2 计算工程、金融与科学
数值分析
摘要
缺口构件常用于工程结构中，其应力集中易引发裂纹的萌生与扩展。本工作的主要目标是开发一种简单的数值方法，以预测脆性材料制成的 U 型缺口试样的结构强度与裂纹扩展路径。为此，作者先前提出的脆弱点法（FPM）通过在 FPM 域的界面处引入界面脱粘模型得以扩展，以模拟裂纹的萌生与扩展。FPM 的列式基于不连续 Galerkin 弱形式，其中使用基于点的分段连续多项式检验与试探函数，而非基于单元基函数。本工作中，子域间内部界面引入的数值通量被假定为由界面损伤模型导出的作用于界面的牵引力。当数值通量达到界面强度时触发界面损伤，裂纹面分离过程由断裂能控制。由此，无需预先获知断裂块即可自然模拟任意裂纹的萌生与扩展。此外，在损伤萌生前，一个较小的罚参数即足以强制弱形式连续性条件，且不会引起人工柔度与数值病态等问题。作为验证，所提出的带界面损伤模型的 FPM 方法被用于预测脆性材料 U 型缺口结构的结构强度与裂纹发展，这在工程结构设计中颇具价值但富有挑战。
引用
@article{arxiv.2108.12737,
title = {A Fragile Points Method, with an interface debonding model, to simulate damage and fracture of U-notched structures},
author = {Kailei Wang and Baoying Shen and Mingjing Li and Leiting Dong and Satya N. Atluri},
journal= {arXiv preprint arXiv:2108.12737},
year = {2021}
}