消除几何表面非物理应力和虚假屈服的改进型局部无量程基准框架
材料科学
2025-03-21 v1
摘要
本文提出了一种改进的非普通状态基准局部无量程(NOSB PD)框架，用于建模地质材料(如土壤、岩石和混凝土)在准静态条件下的弹塑性行为。常规NOSB PD在弹塑性材料方面面临两个主要挑战:由于近边界处 approximate 位移梯度(FPD)的低准确性导致的边界效应,以及在显式时间积分期间出现的虚假屈服。这些问题可能导致数值误差,例如不准确的裂缝预测和潜在的仿真失效。本文彻底分析了边界效应的原因,通过演示FPD在距边界内距 horizon 半径范围内仅具有一阶准确性,但在更大的2 delta 范围内引入残余应力,并具有显著的边界效应。为缓解此问题,我们应用非局部微分算子(NDO)的发散形式,以在2 delta 子区域内强制执行合理的应力梯度,并采用与应力发散一致的 traction 边界条件。此外,我们引入一种加载平衡校正算法,以增强常规显式时间积分过程。该模型通过集成修正的双曲线硬化 Drucker-Prager 模型进行验证,其中应力积分采用最近点投影法(CMMP)实现。数值结果与有限元仿真和实验数据比较表明,有效消除了边界效应和虚假屈服,为地质材料的弹塑性变形和渐进性损伤提供了稳健的仿真方法。
引用
@article{arxiv.2503.15570,
title = {An improved peridynamic framework to eliminate unphysical stress and fictitious yield at geometry surface for geomaterials elastoplastic deformation and fracture analysis},
author = {Yixin Li and Xueyu Geng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.15570},
year = {2025}
}