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非均质材料的双尺度失效模型:基于有限元方法的数值实现。 (英语) Zbl 1352.74028号

小结:在本文的第一部分中,描述了为模拟非均匀材料中的失效而设计的面向失效的多尺度公式的力学和变分基础的简要理论修正。{}该模型考虑了两个分离良好的物理长度尺度,即:(i)宏观尺度,其中内聚表面的成核和演化被视为描述较低长度尺度下发生的降解现象的介质,以及(ii)导致材料失效的一些机械过程发生的微观尺度,如应变局部化、损伤、剪切带形成等。这些过程使用代表性体积单元(RVE)的概念进行建模。在宏观尺度上,表征粘性界面力学行为的牵引分离响应是在微观尺度上模拟失效过程的结果。牵引分离响应是通过应用于特定RVE子域的特定均匀化技术获得的。标准边界条件和非标准边界条件得到了一致的推导,以保持均匀响应相对于微细胞尺寸的客观性。{}在本文的第二部分中,作为一个原创性的贡献,给出了基于有限元方法的双尺度模型的详细数值实现。特别关注面向故障的多尺度公式所特有的主题,例如:(i)每个尺度中采用的有限元技术及其相应的算法表达式,(ii)RVE中运动学边界条件的广义处理,以及(iii)这些运动限制如何影响捕捉宏观材料失稳模式和RVE水平上的后向失效演化。{}最后,进行了一组数值模拟,以显示所提方法的潜力,并将双尺度模型提供的数值解与直接数值模拟方法进行了比较和验证。

MSC公司:

74A45型 断裂和损伤理论
74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
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参考文献:

[1] 埃舍尔比J。椭球形夹杂物场的确定及相关问题。伦敦皇家学会会刊A1957;241: 376-396. ·Zbl 0079.39606
[2] 哈辛Z。非均质材料的弹性模量。应用力学杂志1962;29: 143-150. ·Zbl 0102.17401号
[3] 塔纳卡·莫里特。基体中的平均应力和含有错配夹杂物的材料的平均能量。1973年《冶金学报》;21: 571-574.
[4] 希尔·R。复合材料的自洽力学。固体力学与物理杂志1965;13: 213-222.
[5] 卢克·克里斯滕森。三相球体和圆柱体模型中有效剪切特性的解决方案。固体力学与物理杂志1979;27: 315-330. ·兹比尔0419.73007
[6] ShtrikmanS哈辛Z。多相材料弹性行为理论的变分方法。固体力学与物理杂志1963;11: 127-140. ·Zbl 0108.36902号
[7] 威利斯J。复合材料整体性能的变化和相关方法。应用力学进展1981;21: 1-78. ·Zbl 0476.73053号
[8] 哈辛Z。复合材料分析。调查。应用力学杂志1983;50: 481-505. ·Zbl 0542.73092号
[9] BensoussanA、LionsJ、PapanicolauG。周期微结构的渐近分析,北荷兰:阿姆斯特丹,1978年·Zbl 0404.35001号
[10] 桑切斯-巴伦西亚。非均匀介质与振动理论,物理课堂讲稿,第127卷。Springer‐Verlag:柏林,1980年·Zbl 0432.70002号
[11] FishJ、YuQ、ShekK。基于数学均匀化的复合材料计算损伤力学。国际工程数值方法杂志1999;45: 1657-1679. ·Zbl 0949.74057号
[12] 查博切·费耶尔夫。长纤维sic/ti复合材料弹粘塑性行为建模的Fe2多尺度方法。应用力学与工程计算机方法2000;183: 309-330. ·兹比尔0993.74062
[13] 费耶尔夫。使用广义连续统描述高度非线性结构响应的多级有限元方法(FE^2)。应用力学与工程计算机方法2003;192: 3233-3244. ·Zbl 1054.74727号
[14] BöhmHJ。连续体微观力学基本方面的简要介绍。技术报告,维也纳理工学院:功能导向材料基督教多普勒实验室,2008年。http://www.ilsb.tuwien.ac.at/links/downloads/ilsbrep206.pdf。
[15] 吉特曼,阿斯克什,斯莱丝。代表体积:存在和尺寸确定。工程断裂力学2007;74: 2518-2534.
[16] NguyenV、VallsO、StroevenM、SluysL。关于软化准脆性材料的代表性体积的存在——破坏区平均方案。应用力学与工程计算机方法2010;199: 3028-3038. ·Zbl 1231.74372号
[17] SánchezP、BlancoP、HuespeA、FeijóoR。面向失效的软化材料多尺度变分公式。2011年,巴西R.J.Petrópolis,LNCC第6号技术报告。
[18] SánchezP、BlancoP、HuespeA、FeijóoR。面向失效的多尺度变分公式:具有软化带形核和演化的微观结构。应用力学与工程计算机方法2013;257: 221-247. 内政部:http://dx.doi.org/10.1016/j.cma.2012.11.016。 ·兹比尔1286.74009
[19] GeersM、KouznetsovaV、BrekelmansW。多尺度计算均匀化:趋势和挑战。计算与应用数学杂志2010;234: 2175-2182. ·Zbl 1402.74107号
[20] HillerborgA、ModeerM、PetersonP。用断裂力学和有限元分析混凝土中的裂纹形成和扩展。1976年水泥和混凝土研究;6(6):163-168.
[21] 巴伦布拉特G。脆性断裂中裂纹平衡的数学理论。应用力学进展1962;7: 55-129.
[22] 徐XP,Needleman A。界面脱粘的连续模拟。位错93,固态现象1994;35‐36: 287-302.
[23] OrtizM、PandolfiA。三维裂纹扩展分析的有限变形不可逆内聚单元。国际工程数值方法杂志1999:1267-1282·Zbl 0932.74067号
[24] OliverJ、HuespeA、SánchezP。捕捉强不连续性的有限元对比研究:E-FEM与X-FEM。应用力学与工程计算机方法2006;195(37‐40): 4732-4752. ·Zbl 1144.74043号
[25] MatousK、KulkarniM、GeubelleP。异质胶粘剂的多尺度内聚失效建模。固体力学与物理学报2008;56: 1511-1533. ·Zbl 1171.74433号
[26] VerhooselC、RemmersJ、GutiérrezM、deBorstR。准脆性固体中粘性和内聚破坏的计算均匀化。国际工程数值方法杂志2010;83: 1155-1179. ·Zbl 1197.74139号
[27] NguyenV、VallsO、StroevenM、SluysL。基于均匀化的多尺度裂纹建模:从微观扩散损伤到宏观裂纹。应用力学与工程计算机方法2010;200: 1220-1236. ·Zbl 1225.74070号
[28] NguyenV、StroevenM、SluysL。一种增强的连续-不连续多尺度方法,用于模拟随机非均质准脆性材料的i型内聚破坏。工程断裂力学2012;79: 78-102.
[29] BelytschkoT、LoehnertS、SongJH。多尺度聚集不连续性:一种避免材料稳定性损失的方法。国际工程数值方法杂志2008;73: 869-894. ·兹比尔1195.74008
[30] BelytschkoT SongJH。复合材料微观-宏观失效的多尺度聚集不连续性方法。复合材料2009;B部分40:417-426。
[31] CoenenEWC、KouznetsovaVG、GeersMGD。微结构体积元中应变局部化分析的新边界条件。国际工程数值方法杂志2012;90: 1-21. DOI:10.1002/nme.3298·Zbl 1242.74083号
[32] UngerJ.多尺度局部化现象的FE^2‐X1方法。固体力学与物理杂志2013;61: 928-948.
[33] 阿连德·苏扎夫。使用双向耦合多尺度模型模拟非均匀粘弹性介质中微裂纹向宏观裂纹的转变。《国际固体与结构杂志》2011;48: 3160-3175.
[34] Nemat‐NasserS,HoriM公司。《微观力学:异质材料的总体性能》,第二版。,爱思唯尔:阿姆斯特丹,1999年。
[35] SimoJ,OliverJ,1994年。《分析和模拟强震不连续性、准脆性结构中的断裂和损伤的新方法》,BazantZ(编辑)、BittnarZ(主编)、JirásekM(编辑)和MazarsJ(编辑)(编辑),E&FN Spon,伦敦。
[36] MieheC,SchroderJ,BeckerM。有限弹性中的计算均匀化分析:周期复合材料微观和宏观尺度上的材料和结构不稳定性及其相互作用。应用力学与工程计算机方法2002;191: 4971-5005. ·Zbl 1099.74517号
[37] MichelJ、MoulinecH、SuquetP。具有周期性微观结构的复合材料的有效性能:一种计算方法。1999年应用力学与工程计算机方法;172: 109-143. ·Zbl 0964.74054号
[38] deSouza NetoE,FeijóoR。2006.固体多尺度本构模型的变分基础:小应变和大应变运动学公式。技术报告,LNCC研发报告第16号。
[39] deSouza NetoE,FeijóoR。关于大应变多尺度固体本构模型中应力的空间平均值和材料体积平均值之间的等效性。材料力学2008;40: 803-811.
[40] deSouza NetoE,FeijóoR。2010年,固体多尺度本构模型的变分基础:小应变和大应变运动学公式。《计算材料建模:从经典到多尺度技术》,VazM,Jr.(编辑)、deSouza NetoEA(编辑)和Munoz‐RojasP(编辑)(编辑)。威利:奇切斯特。国际标准图书编号978‐3‐527‐32479‐8。
[41] PericD、deSouzaE、FeijóoR、PartoviM、MolinaAC。非线性非均质材料多尺度分析的微观到宏观转变:统一变分基础和有限元实现。国际工程数值方法杂志2011;87: 149-170. ·Zbl 1242.74087号
[42] MieheC,SchotteJ,SchroderJ。大应变下多晶体分析中的计算微观-宏观转变和总模量。计算材料科学1999;6: 372-382.
[43] 休埃斯帕·奥利弗J。强不连续性场景中材料失效建模的理论和计算问题。应用力学与工程计算机方法2004;193: 2987-3014. ·Zbl 1067.74505号
[44] OliverJ、HuespeA、BlancoS、LineroD。强不连续性材料失效数值模拟中的稳定性和鲁棒性问题。应用力学与工程计算机方法2005;195(52):7093-7114. ·Zbl 1331.74168号
[45] OliverJ.关于强不连续运动学和连续本构方程诱导的离散本构模型。国际固体与结构杂志2000;37: 7207-7229. ·Zbl 0994.74004号
[46] HuespeA,OliverJ。具有嵌入不连续性的裂纹模型。《混凝土开裂数值模拟》,HofstetterG(ed.),MeschkeG(ed..),CISM,课程与讲座532。SpringerWien:纽约,2011年;99-159. ·Zbl 1252.74002号
[47] PinderaM、KhatamHK、DragoA、BansalY。空间均匀非均匀介质的微观力学:评论和新兴方法。复合材料:第B2009部分;40(5):349-378.
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