基于FFT的化学-力学框架与裂纹: 应用于介观电极降解

提出一种基于FFT的方法用于模拟包含裂纹的化学-力学问题，特别适用于预测电池插层过程中裂纹形成。该方法耦合了三个场：浓度、形变梯度和损伤。机械问题在有限应变框架下求解，使用傅里叶伽罗erkin法处理非线性问题。损伤采用应力驱动力的相场裂纹模型。该问题在傅里叶空间中使用共轭梯度求解，辅以自定义预条件器。化学问题基于第二性傅里叶定律和物理依据的化学势建模，使用后向欧拉方法积分，通过牛顿-拉弗森方法与共轭梯度求解器求解。引入缓冲层以打破周期性，模拟来自的质量通量的Neumann边界条件。该框架经有限元验证，两者的结果在所有案例中都非常接近。最后，该框架用于模拟石墨活性颗粒在离子插层过程中的裂纹。该方法能够以较低的计算成本求解大规模问题，并再现了在真实颗粒中观察到的裂纹形状。