一种考虑聚合耗散的韧性断裂变分相场模型
材料科学
2021-03-24 v1
摘要
提出了一种新颖的韧性断裂相场模型。该模型在有限变形运动学框架下基于一致的变分框架建立。一种新颖的聚合耗散通过随等效塑性应变增大而降低断裂韧性，引入了塑性与断裂之间的新耦合机制。将所提模型与近期一种塑性与断裂强耦合的替代模型进行了比较。若干具有代表性的数值算例说明了特定的建模选择。特别地，线性裂纹几何函数在裂纹萌生前提供“未扰动”的韧性响应，而洛伦兹型退化函数确保临界断裂强度独立于相场正则化长度。此外，证明了该模型的响应随相场正则化长度趋于零而收敛。随后将该模型应用于标定并模拟具有复杂几何形状的铝试样三点弯曲实验。首先在二维平面应变设置中研究了所提聚合耗散耦合对实验模拟的影响。然后将标定后的模型应用于三维计算，其计算的载荷-挠度曲线与裂纹轨迹均与实验观测高度吻合。最后，将该模型应用于模拟近期 Sandia 断裂挑战中某试样的裂纹形核与扩展。
引用
@article{arxiv.2103.12524,
title = {A Variational Phase-Field Model For Ductile Fracture with Coalescence Dissipation},
author = {Tianchen Hu and Brandon Talamini and Andrew J. Stershic and Michael R. Tupek and John E. Dolbow},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.12524},
year = {2021}
}