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具有强各向异性表面能的脆性材料断裂的相场建模和模拟。 (英语) Zbl 1352.74290号

摘要:具有各向异性表面能的脆性材料中的裂纹扩展在涉及单晶、挤压聚合物或地质和有机材料的应用中非常重要。此外,当各向异性很强时,裂纹扩展的现象变得非常丰富,具有禁止的裂纹扩展方向或复杂的锯齿裂纹模式。这个问题探讨了断裂力学中的基本问题,包括裂纹方向选择背后的原则。在这里,我们提出了一个强各向异性断裂的变分相场模型,该模型利用了晶体生长中提出的扩展Cahn-Hilliard框架。以前的各向异性断裂相场模型是在只考虑弱各向异性的框架中制定的。我们采用直接Galerkin方法,用光滑的局部最大熵近似数值实现了我们的高阶相场模型。数值结果显示了强各向异性断裂的所有特征,并再现了最近的实验观察结果。

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74兰特 脆性断裂

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参考文献:

[1] Stroh,各向异性弹性中的位错和裂纹,哲学杂志3(30)第625页–(1958)·Zbl 0080.23505号 ·网址:10.1080/14786435808565804
[2] Barnett,各向异性弹性介质中狭缝状裂纹的断裂力学,《固体力学与物理杂志》20(6)第353页–(1972)·Zbl 0291.73058号 ·doi:10.1016/0022-5096(72)90013-0
[3] Gao,各向异性弹性固体中的轻微弯曲或扭结裂纹,国际固体与结构杂志29(8)第947页–(1992)·Zbl 0770.73065号 ·doi:10.1016/0020-7683(92)90068-5
[4] Fe-3 wt中大角度晶界的抗氩裂性
[5] Pérez,硅解理断裂的方向各向异性,《物理评论快报》84(23),第5347页–(2000)·doi:10.1103/PhysRevLett.84.5347
[6] Riedle,钨单晶的劈裂各向异性,《物理评论快报》76(19)pp 3594–(1996)·doi:10.1103/PhysRevLett.76.3594
[7] Takei,各向异性薄板断裂的禁止方向:与Wulff图的类比,《物理评论快报》110第144 301页–(2013)·doi:10.1103/PhysRevLett.110.144301
[8] Donath,各向异性岩石剪切破坏的实验研究,美国地质学会公告72(6)pp 985–(1961)·doi:10.1130/0016-7606(1961)72[985:ESOSFI]2.0.CO;2
[9] Duveau,强各向异性岩土材料的一些破坏标准评估,粘性摩擦材料力学3(1)pp 1–(1998)·doi:10.1002/(SICI)1099-1484(199801)3:1<1::AID-CFM38>3.0.CO;2-7
[10] Niandou,tournemire页岩力学行为的实验室研究,《国际岩石力学和采矿科学杂志》34(1),第3页–(1997)·doi:10.1016/S1365-1609(97)80029-9
[11] Nasseri,花岗岩断裂韧性各向异性,《国际岩石力学和采矿科学杂志》45(2),第167页–(2008)·doi:10.1016/j.ijrmms.2007.04.005
[12] Khan,通过裂纹张开试验研究苹果果肉断裂特性的各向异性,材料科学杂志28(1)第45页–(1993)·doi:10.1007/BF00349031
[13] Marder,《裂纹劈开晶体》,EPL(Europhysics Letters)66(3)pp 364–(2004)·doi:10.1209/epl/i2003-10254-4
[14] Gurtin,允许扭结和弯曲的裂纹扩展的配置力和本构理论,固体力学和物理杂志46(8)pp 1343–(1998)·Zbl 0955.74004号 ·doi:10.1016/S0022-5096(98)00002-7
[15] Chambolle,裂纹何时以及如何扩展?,固体力学与物理杂志57(9)第1614页–(2009)·兹比尔1371.74016 ·doi:10.1016/j.jmps.2009.05.009
[16] Hakim,各向异性脆性材料中的裂纹路径预测,《物理评论快报》95(23),第235 501页–(2005)·doi:10.1103/PhysRevLett.95.235501
[17] Hakim,裂纹运动定律和断裂相场模型,固体力学和物理杂志57(2),第342页–(2009)·Zbl 1421.74089号 ·doi:10.1016/j.jmps.2008年10月12日
[18] Azhdari,各向异性脆性晶体(蓝宝石)破裂的实验观察和计算建模,《国际断裂杂志》94(3)第251页–(1998)·doi:10.1023/A:1007565624473
[19] 格里菲斯,固体中的破裂和流动现象,伦敦皇家学会哲学汇刊。A系列,包含数学或物理性质的论文221(582-593)第163页–(1921)·doi:10.1098/rsta.1921.0006
[20] Freund,动态断裂力学(1998)·Zbl 0712.73072号
[21] Cotterell,《脆性断裂路径》,《国际断裂力学杂志》1(2)第96页–(1965)
[22] Goldstein,具有任意裂纹的固体脆性断裂,国际断裂杂志10(4)pp 507–(1974)·doi:10.1007/BF00155254
[23] Wu,最大能量释放率标准适用于带裂纹的拉压试件,《弹性力学杂志》8(2)第235页–(1978)·Zbl 0379.73092号 ·doi:10.1007/BF00130464
[24] Sih,应用于混合型裂纹问题的应变能密度因子,《国际断裂杂志》10(3),第305页–(1974)·doi:10.1007/BF00035493
[25] 埃尔多安,《平面荷载和横向剪切作用下板的裂纹扩展》,《基础工程杂志》,第85页,第519页–(1963年)·数字对象标识代码:10.1115/1.3656897
[26] Amestoy,平面情况下的裂纹路径-II。应力强度因子膨胀的详细形式,《国际固体与结构杂志》29(4),第465页–(1992)·兹比尔0755.73072 ·doi:10.1016/0020-7683(92)90210-K
[27] Bourdin,重温脆性断裂的数值实验,固体力学和物理杂志48(4)pp 797–(2000)·Zbl 0995.74057号 ·doi:10.1016/S0022-5096(99)00028-9
[28] Arroyo,局部最大熵近似方案:有限元和无网格方法之间的无缝桥梁,《国际工程数值方法杂志》65(13)pp 2167–(2006)·Zbl 1146.74048号 ·数字对象标识代码:10.1002/nme.1534
[29] Rosolen,二阶凸最大熵逼近及其在高阶偏微分方程中的应用,《国际工程数值方法杂志》94(2)pp 150–(2013)·Zbl 1352.74177号 ·doi:10.1002/nme.443
[30] Rosolen,生物膜相场模型的自适应无网格方法。第一部分:用最大熵近似进行近似,计算物理杂志249 pp 303–(2013)·Zbl 06360930号 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.04.046
[31] Francfort,将脆性断裂视为能量最小化问题,固体力学与物理杂志46(8)pp 1319–(1998)·Zbl 0966.74060号 ·doi:10.1016/S0022-5096(98)00034-9
[32] Bourdin,《断裂的变分方法》,《弹性杂志》91(1-3),第5页–(2008)·Zbl 1176.74018号 ·网址:10.1007/s10659-007-9107-3
[33] Bourdin,基于裂纹正则化的动态断裂时间离散模型,《国际断裂杂志》168(2),第133页–(2011)·Zbl 1283.74055号 ·doi:10.1007/s10704-010-9562-x
[34] Borden,《脆性断裂的高阶相场模型:等几何分析框架内的公式化和分析》,《应用力学和工程中的计算机方法》273 pp 100–(2014)·Zbl 1296.74098号 ·doi:10.1016/j.cma.2014.01.016
[35] 小林,枝晶生长的建模和数值模拟,Physica D:非线性现象63(3)pp 410–(1993)·Zbl 0797.35175号 ·doi:10.1016/0167-2789(93)90120-P
[36] Taylor,《具有尖角和刻面的漫反射界面:具有强各向异性表面的相场模型》,《物理D:非线性现象》112(3),第381–(1998)页·Zbl 0930.35201号 ·doi:10.1016/S0167-2789(97)00177-2
[37] Eggleston,高度各向异性界面能的相场模型,《物理D:非线性现象》150(1),第91页–(2001)·Zbl 0979.35140号 ·doi:10.1016/S0167-2789(00)00222-0
[38] Torabi,强各向异性系统的新型相场模型,《皇家学会学报A:数学、物理和工程科学》465(2105),第1337页–(2009)·Zbl 1186.80014号 ·doi:10.1098/rspa.2008.0385
[39] Cahn,非均匀系统的自由能。I: 界面自由能,《化学物理杂志》28(2)第258页–(1958)·doi:10.1063/1.1744102
[40] Abinandanan,立方各向异性界面的扩展Cahn-Hilliard模型,哲学杂志A 81(10),第2457页–(2001)·doi:10.1080/01418610110038420
[41] Torabi,使用扩展的Cahn-Hilliard模型模拟薄膜生长中的界面各向异性,《物理评论》E 85(4),第041 603页–(2012)·doi:10.1103/PhysRevE.85.041603
[42] McKenna,晶粒生长的相场模型:边界厚度、三重结、取向错误和各向异性的影响,材料科学杂志44(9)pp 2206–(2009)·doi:10.1007/s10853-008-3196-7
[43] Pham,梯度损伤模型及其在近似脆性断裂中的应用,《国际损伤力学杂志》20(4),第618页–(2011)·doi:10.1177/1056789510386852
[44] Pham,《从损伤开始到破裂:一般梯度损伤模型的损伤局部化响应构建》,《连续介质力学与热力学》25(2-4),第147–(2013)页·Zbl 1343.74004号 ·doi:10.1007/s00161-011-0228-3
[45] Borden MJ动态脆性和韧性断裂相场模型的等几何分析,美国奥斯汀,2012年8月
[46] Herring,晶体表面自由能的一些定理,《物理评论》82(1),第87页–(1951)·Zbl 0042.23201号 ·doi:10.1103/PhysRev.82.87
[47] 缪勒,硅表面热力学性质的各向异性,固体薄膜517(1),第65页–(2008)·doi:10.1016/j.tsf.2008.08.143
[48] Sekerka,三维平衡形状上缺失取向的分析标准,晶体生长杂志275(1),第77页–(2005)·doi:10.1016/j.jcrysgro.2004.10.069
[49] Rosolen,《无网格方法中的最佳支撑尺寸:具有最大熵近似的变分自适应方法》,《国际工程数值方法杂志》82(7),第868页–(2010)·Zbl 1188.74086号
[50] Peco,生物膜相场模型的自适应无网格方法。第二部分:粘性流体中膜的拉格朗日方法,计算物理杂志249第320页–(2013)·兹伯利06360931 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.04.038
[51] Scott,《适用于分析的T样条的局部精化》,《应用力学与工程中的计算机方法》213-216,第206页–(2012)·Zbl 1243.65030号 ·doi:10.1016/j.cma.2011.11.022
[52] Vuong,等几何分析中自适应局部细化的层次方法,应用力学与工程中的计算机方法200(49-52),第3554页–(2011)·Zbl 1239.65013号 ·doi:10.1016/j.cma.2011.09.004
[53] Wang,基于任意亏格拓扑边界三角剖分的三元实体T样条构造,计算机辅助设计45 pp 351–(2013)·doi:10.1016/j.cad.2012.10.018
[54] Rosolen,《混合等几何分析和局部最大熵无网格逼近》,《应用力学与工程中的计算机方法》264,第95页–(2013)·Zbl 1286.65025号 ·doi:10.1016/j.cma.2013.05.015
[55] Bourdin,准静态脆性断裂变分公式的数值实现,界面和自由边界9(3)pp 411–(2007)·Zbl 1130.74040号 ·doi:10.4171/IFB/171
[56] 黄,统计物理与蛋白质折叠讲座(2005)·Zbl 1161.92028号 ·doi:10.142/5741
[57] Wu,MgAl2O4晶体中的Zig-zag裂纹扩展,材料科学杂志快报14(7)pp 474–(1995)·doi:10.1007/BF00665906
[58] Ting,各向异性弹性:理论与应用(1996)
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