能量一致性动力学裂纹相场模型：单边约束与有限元仿真
数值分析
2025-06-23 v2 数值分析
摘要
相位场模型已成为模拟复杂界面驱动现象的强大且灵活的框架，广泛应用于众多科学和工程领域。在裂纹力学中，基于阿姆斯罗-托尔莱利正则化的Griffith裂能梯度流形式的相位场方法（DF-PFM）受到广泛关注，其能够捕捉复杂裂纹拓扑。本文提出一种基于弹性波方程的动力学裂纹相场模型（Dynamic Fracture Phase Field Model, DF-PFM），并通过引入单边接触条件对该框架进行扩展，构建适用于高压下断层破裂的精细模型。对于两种模型，本文在混合边界条件下形式推导能量耗散同一式，揭示了模型表述的能量结构。为验证所提出的方法，本文采用线性隐式时间离散化和有限元方法进行数值实验。仿真结果表明，单边接触条件对于准确捕捉剪切主导的裂纹扩展以及防止在高压缩加载下出现的非物理穿透至为关键，这些加载条件与地震断层问题相关。
引用
@article{arxiv.2506.14788,
title = {Energy-consistent dynamic fracture phase field models: unilateral constraints and finite element simulations},
author = {Md Mamun Miah and Ryuhei Wakida and Masato Kimura},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.14788},
year = {2025}
}