准静态与动态裂纹扩展的相场建模：COMSOL 实现与案例研究
计算工程、金融与科学
2019-02-18 v1
摘要
相场模型(PFM)以扩散方式表征裂纹几何，而不引入尖锐不连续。这一特性使得 PFM 相较于基于离散裂纹模型的数值方法能更有效地模拟裂纹扩展，尤其适用于复杂裂纹形貌。由于涉及相场，相场方法即使对于纯力学问题本质上也可视为多场问题。因此，基于特别支持多场问题求解的软件开发环境来实现 PFM，应当比在通用有限元软件上实现 PFM 更有效、更简单且更高效。本工作中，作者旨在通用商业软件开发环境 COMSOL Multiphysics 中设计一种简单高效的相场模型实现，用于准静态与动态断裂建模。值得注意的是，仅通过弹性应变能分解来考虑拉伸应力诱发的裂纹演化。扩散裂纹的宽度由长度尺度参数控制。控制物体运动与相场演化的方程被写入 COMSOL 的不同模块中，随后耦合为待求解的整体系统。采用交错格式求解该耦合系统，每个模块在一个时间步内顺序求解。通过若干 2D 与 3D 算例测试以考察本实现的性能。我们的模拟与已有工作吻合良好，表明了 PFM 的 COMSOL 实现的可行性与有效性。
引用
@article{arxiv.1902.05922,
title = {Phase field modeling of quasi-static and dynamic crack propagation: COMSOL implementation and case studies},
author = {Shuwei Zhou and Timon Rabczuk and Xiaoying Zhuang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.05922},
year = {2019}
}
备注
36 pages