面向各向异性材料的流体驱动损伤与失效的浸入式介质动力学方法
数值分析
2026-03-18 v1 数值分析
摘要
浸入式介质动力学（IPD）方法是一种流体-结构相互作用（FSI）模型，用于模拟流体驱动的材料损伤和失效，其中在经典浸入边界（IB）类型框架中 employed 采用介质动力学（PD）本构对应模型来描述结构体的应力、力和结构变形，而不是采用经典连续介质力学。本文介绍了将IPD方法扩展用于模拟具有复杂几何形状的各向异性材料的流体驱动结构变形、损伤和失效。我们采用附着于有限元（FE）网格的求积规则来生成PD点及其相关权重，用于近似PD积分。我们演示了非均匀离散化在保持准确性和体积守恒方面对于高弹性材料以及准确表示边界方面具有优势。为了捕捉真实的生物材料行为，我们将包括各向同性和各向异性的高弹性本构模型纳入所提出的IPD方法。此外，采用一种塑性失效模型来模拟各向异性材料的真实失效过程。对于非失效情况，我们的数值仿真表明，扩展后的IPD方法在不同PD视界大小选择下，能够获得与类似结构自由度数量相当的准确性。对于失效测试，我们研究了纤维方向对变形和失效过程的影响，使用具有不同纤维方向的真实生物材料模型。我们进一步表明，所develop的方法生成的损伤增长、裂纹形成与传播以及在大变形下的断裂均实现了网格收敛，包括纯粹的流体驱动失效过程。
引用
@article{arxiv.2603.16046,
title = {An immersed peridynamics method for fluid-driven damage and failure of anisotropic materials},
author = {Keon Ho Kim and Boyce E. Griffith},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.16046},
year = {2026}
}