明粒子黏弹性区模型在显式动力学碎片仿真中的稳定性
计算物理
2025-11-19 v1
摘要
动态碎片仿真对于预测高应变率下的材料响应至关重要，但明粒子黏弹性区模型 (CZM) 与惩罚式接触结合使用的显式动力学仿真常常表现出严重的不稳定性。在二维基准测试中，我们观察到在标准接触惩罚设置和时间步长选择下，出现指数级能量增长并导致人工碎片化，这促使对不稳定性来源进行系统性分析。我们隔离并量化了三个机制：(i) 发散初始黏弹性刚度，这约束了稳定时间步长；(ii) 黏弹性-接触界面处刚度的离散跳跃；(iii) 由黏弹性软化引入的连续性。 analytical error estimates、相空间诊断和能量增长指标揭示了重复的黏弹性-接触切换如何将小的每步能量误差累积为长期能量漂移。在所探索的参数空间内，维持稳定性需要时间步长远低于通常的限制。为缓解这些能量制造，我们评估了一种自适应惩罚策略，该策略将接触刚度与演化中的黏弹性刚度绑定。此修改消除了连续性并恢复了能量守恒，但它允许更大的穿透，使其作为诊断工具而非最终解决方案。总体而言，我们的研究确定了非物理能量漂移的根本原因，并演示了惩罚式接触不适用于具有物理上有意义碎片统计的长期能量一致碎片仿真。
引用
@article{arxiv.2511.14323,
title = {Stability of Extrinsic Cohesive-Zone Model with Penalty-Based Contact in Explicit Dynamic Fragmentation Simulations},
author = {Thibault Ghesquière-Diérickx and Jean-François Molinari and Guillaume Anciaux},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.14323},
year = {2025}
}