相场断裂驱动力的通用分解框架及其在 Drucker-Prager 破坏面上的具体化
材料科学
2022-08-23 v1 计算工程、金融与科学
应用物理
摘要
由于其计算鲁棒性和通用性，相场断裂模型已成为预测广泛开裂现象的首选工具。然而，在其常规形式中，损伤演化固有的拉压对称性阻碍了其应用于模拟脆性和准脆性固体（如混凝土或岩石材料）中的压缩破坏。在本工作中，我们提出一种分解相场断裂驱动力即应变能密度的通用方法，以重现不对称的拉压断裂行为。所提出的通用方法被具体化为线弹性固体和 Drucker-Prager 破坏准则的情形。通过数值实现所得的应变能分裂公式并针对四个特别感兴趣的案例进行研究，展示了该模型捕捉脆性材料压缩破坏的能力。首先，深入了解了模型在预测剪切载荷下摩擦和剪胀效应方面的能力。其次，进行虚拟直剪试验以评估不同压力水平下的断裂预测。第三，对混凝土圆柱体施加单轴和三轴压缩以研究围压的影响。最后，预测了土坡的局部化破坏，并将结果与文献中提出的其他应变能分解公式进行比较。结果与实验观测具有良好定性一致，并证明了相场断裂方法在具有不对称拉压断裂行为的材料中预测多轴载荷下裂纹形核与扩展的能力。
引用
@article{arxiv.2208.10356,
title = {A general framework for decomposing the phase field fracture driving force, particularised to a Drucker-Prager failure surface},
author = {Y. Navidtehrani and C. Betegón and E. Martínez-Pañeda},
journal= {arXiv preprint arXiv:2208.10356},
year = {2022}
}