基于特征侵蚀与有限元胞法的体素异构结构裂纹扩展模拟
数值分析
2022-02-23 v1 数值分析
摘要
本文提出一种高效模拟韧性裂纹在异构结构（如以体素数据给出的金属微观结构）中扩展的算法。此类模拟可用于例如小尺度磨损机制的数值研究，而这仍是工程中的一项挑战性任务。所提算法的基本思想是将有限元胞法（允许方便地积分异构有限元问题）的优势与特征侵蚀法相结合，以仍实现与网格无关的裂纹扩展模拟。其核心组成部分是：在裂纹推进处将有限子单元切换为有限元，从而通过将新出现的节点作为悬节点管理，在裂纹尖端自动进行自适应加密。微观尺度上与技术相关的裂纹扩展问题大多与亚临界裂纹扩展相关，其中裂纹随后续载荷循环快速且逐步地移动。因此惯性可能变得重要，故通过将被侵蚀单元的质量分摊到节点上以考虑动力学，避免侵蚀过程导致质量损失。此外，为确保效率与精度，对有限元胞分解进行了特定处理。该数值框架及体素分解技术在多个三维数值算例中得以详细分析，以展示所提方法的性能。
引用
@article{arxiv.2202.10922,
title = {Simulation of crack propagation through voxel-based, heterogeneous structures based on eigenerosion and finite cells},
author = {Dennis Wingender and Daniel Balzani},
journal= {arXiv preprint arXiv:2202.10922},
year = {2022}
}