断裂与疲劳分析的相场方法：连接理论与模拟
材料科学
2025-09-12 v1 数值分析
数值分析
摘要
本文提出了一种新颖、稳健且高效的疲劳裂纹扩展框架，将线弹性断裂力学（LEFM）的原理与相场断裂（PFF）相结合。与逐循环PFF方法不同，本方法依赖于单次模拟，并使用标准裂纹扩展模型（如Paris定律）来描述材料响应，从而简化了参数化。该方法的核心在于数值计算试样柔度对裂纹面积的导数。为了获取该柔度，框架依赖于PFF-FEM模拟，通过施加单调裂纹增长来控制。该加载过程的控制通过一种新的裂纹控制方案实现，该方案能够稳健地追踪裂纹的完整平衡路径，捕获复杂的不稳定性。从PFF模拟中获得的试样柔度使得Paris定律的积分成为可能，从而预测疲劳寿命。该方法首先通过一系列具有解析解的基准测试来验证其准确性。然后将该框架应用于更复杂的几何形状，其中裂纹路径未知，结果与实验结果在裂纹路径和疲劳寿命方面均表现出良好的一致性。
引用
@article{arxiv.2509.08939,
title = {A Phase-Field Approach to Fracture and Fatigue Analysis: Bridging Theory and Simulation},
author = {M. Castillón and I. Romero and J. Segurado},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.08939},
year = {2025}
}