功能梯度材料中裂纹扩展的相场建模
材料科学
2019-04-19 v1 计算工程、金融与科学
数值分析
摘要
我们提出一种用于功能梯度材料（FGMs）断裂的相场公式。该模型建立在均匀化理论之上，并考虑了弹性和断裂性能的空间变化。我们处理了几个范式案例研究，以展示所提出建模框架的潜力。具体而言，我们（i）通过在广泛的材料梯度分布和取向范围内进行数值实验，深入认识 FGMs 的裂纹扩展阻力；（ii）准确再现了在梯度光降解共聚物和玻璃填充环氧 FGMs 中观察到的裂纹轨迹；（iii）用替代数值方法的结果对预测进行基准测试；（iv）对三维功能梯度固体中的复杂裂纹路径和失效进行建模。证明了相场断裂方法在捕捉由材料梯度引起的裂纹尖端模态混合所固有的裂纹偏转方面的适用性。我们确定了防止不稳定断裂并增强裂纹扩展阻力的材料梯度分布：这为设计抗断裂 FGMs 奠定了基础。所开发的有限元代码可从 www.empaneda.com/codes 下载。
引用
@article{arxiv.1904.08749,
title = {Phase field modelling of crack propagation in functionally graded materials},
author = {Hirshikesh and Sundararajan Natarajan and Ratna K. Annabattula and Emilio Martínez-Pañeda},
journal= {arXiv preprint arXiv:1904.08749},
year = {2019}
}