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多晶材料各向异性裂纹扩展的多相场模拟。 (英语) Zbl 1386.74128号

摘要:开发了一种新的多相场方法,用于在微观结构水平上模拟多晶体的断裂。考虑了晶间和穿晶裂纹,以及每个随机取向晶体中弹性和择优解理方向的各向异性效应。为此,提出的相场公式包括:(a)将晶界描述为粘结区,避免为晶粒定义额外的相;(b) 各向异性相场模型;(c) 一种多相场公式,其中每个择优解理方向都与损伤(相场)变量相关。所获得的框架允许建模晶粒和晶界裂纹之间的相互作用和竞争,以及它们对材料有效响应的影响。通过几个数值例子说明了所提出的模型,其中包括多晶体二维和三维模型中复杂裂纹的萌生和扩展的完整描述。

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74兰特 脆性断裂
74E15型 晶体结构

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参考文献:

[1] Aguilar-Elguézabal A,Bocanegra-Bernal MH(2014)用单壁和多壁碳纳米管的混合物增强的\[\alpha\]α-\[{\rm Al}_2{\rmO}_3\]Al2O3陶瓷的断裂行为。作曲B Eng 60:463-470·doi:10.1016/j.composites.2013.12.056
[2] Akao M,Aoki H,Kato K(1981),义肢用烧结羟基磷灰石的机械性能。材料科学杂志16(3):809-812·doi:10.1007/BF02402799
[3] Ambrosio L,Tortorelli VM(1990)椭圆泛函通过Γ-收敛对依赖于跳跃的泛函的逼近。公共纯应用数学43:999-1036·Zbl 0722.49020号 ·doi:10.1002/cpa.3160430805
[4] Ambrosio L,Tortorelli VM(1992)关于自由不连续问题的近似。波尔UMI 6-B:105-123·Zbl 0776.49029号
[5] Amor H,Marigo JJ,Maurini C(2009)单边接触变分脆性断裂的正则化公式:数值实验。机械物理固体杂志57(8):1209-1229·Zbl 1426.74257号 ·doi:10.1016/j.jmps.2009.04.011
[6] Barenblatt GI(1959)脆性断裂期间平衡裂纹的形成。一般想法和假设。轴对称裂纹。应用数学机械杂志23(3):622-636·Zbl 0095.39202号 ·doi:10.1016/0021-8928(59)90157-1
[7] Borden MJ(2012),动态脆性和韧性断裂相场模型的等几何分析,博士论文
[8] Bourdin B、Larsen C、Richardson C(2011)基于裂纹正则化的动态断裂时间离散模型。国际J分数168:133-143·Zbl 1283.74055号 ·doi:10.1007/s10704-010-9562-x
[9] Braides DP(1998)自由不连续问题的近似。柏林施普林格·Zbl 0909.49001号 ·doi:10.1007/BFb0097344
[10] Braides DP\[(2002)\varGamma\]Γ-初学者收敛。牛津大学出版社,纽约·Zbl 1198.49001号 ·doi:10.1093/acprof:oso/9780198507840.001.0001
[11] Clayton JD,Knap J(2015)各向异性多晶体定向断裂的相场模拟。计算机材料科学98:158-169·doi:10.1016/j.commatsci.2014.11.009
[12] Clayton JD,Knap J(2016),单晶和多晶中耦合断裂和孪晶的相场建模和模拟。计算方法应用机械工程312:447-467·Zbl 1439.74346号
[13] Dal Maso G(1993)《Γ收敛导论》。波士顿Birkhäuser·Zbl 0816.49001号 ·doi:10.1007/978-1-4612-0327-8
[14] Dugdale DS(1960)含缝隙钢板的屈服。机械物理固体杂志8:100-104·doi:10.1016/0022-5096(60)90013-2
[15] Espinosa HD,Zavattieri PD(2003)多晶脆性材料失效起始和演化研究的晶粒级模型。第一部分:理论与数值实现。机械材料35(3):333-364·doi:10.1016/S0167-6636(02)00285-5
[16] Espinosa HD,Zavattieri PD(2003)多晶脆性材料失效起始和演化研究的晶粒级模型。第二部分:数值例子。机械材料35(3):365-394·doi:10.1016/S0167-6636(02)00287-9
[17] Faber KT,Evans AG(1983),裂纹偏转过程[--I]。理论。金属学报31(4):565-576·doi:10.1016/0001-6160(83)90046-9
[18] Farkas D,Van Swygenhoven H,Derlet PM(2002),纳米金属中的晶间断裂。物理版B 66(6):060101·doi:10.103/物理版B.66.060101
[19] Francfort GA,Marigo JJ(1998),将脆性断裂重新视为能量最小化问题。机械物理固体杂志46(8):1319-1342·Zbl 0966.74060号 ·doi:10.1016/S0022-5096(98)00034-9
[20] Herbig M、King A、Reischig P、Proudhon H、Lauridsen EM、Marrow J、Buffière JY、Ludwig W(2011)采用衍射和相控x射线层析成像相结合的方法研究了多晶微观结构中短疲劳裂纹的三维扩展。材料学报59(2):590-601·doi:10.1016/j.actamat.2010.09.063
[21] Hofacker M,Miehe C(2013)动态断裂的相场模型:复杂裂纹模式分析的稳健场更新。国际J数字方法工程93(3):276-301·Zbl 1352.74022号 ·doi:10.1002/nme.4387
[22] Jamal M,Asadabadi SJ,Ahmad I,Aliabad HAR(2014)立方晶体的弹性常数。计算机材料科学95:592-599·doi:10.1016/j.commatsci.2014.08.027
[23] Karma A,Kessler D,Levine H(2001)III型动态断裂的相场模型。物理评论稿87(4):45501·doi:10.1103/PhysRevLett.87.045501
[24] King A、Ludwig W、Herbig M、Buffière J-Y、Khan AA、Stevens N、Marrow TJ(2011)镁中短疲劳裂纹扩展的三维原位观察。《母亲学报》59(17):6761-6771·doi:10.1016/j.actamat.2011.07.034
[25] Li B,Peco C,Millán D,Arias I,Arroyo M(2015),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。国际数值方法工程杂志102(3-4):711-727·兹比尔1352.74290 ·doi:10.1002/nme.4726
[26] Luther T,Könke C(2009)《金属材料晶间裂纹扩展分析的多晶体模型》。工程分形力学76(15):2332-2343·Zbl 1212.94025号 ·doi:10.1016/j.engfracmech.2009.07.006
[27] Mehl MJ(1993)富铝Al-Li化合物中弹性模量的压力依赖性。物理版B 47(5):2493·doi:10.1103/PhysRevB.47.2493
[28] Miehe C、Hofacker M、Welschinger F(2010)速率相关裂纹扩展的相场模型:基于算子分裂的稳健算法实现。计算方法应用机械工程199:2765-2778·Zbl 1231.74022号 ·doi:10.1016/j.cma.2010.04.011
[29] Moös N,Dolbow J,Belytschko T(1999)无网格裂纹扩展的有限元方法。国际J数字方法工程46(1):131-156·Zbl 0955.74066号 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0207(19990910)46:1<131::AID-NME726>3.0.CO;2-J型
[30] Mumford D,Shah J(1989)分段光滑函数的最佳逼近和相关变分问题。公共纯应用数学42:577-685·Zbl 0691.49036号 ·doi:10.1002/cpa.3160420503
[31] Munroe PR,Baker I(1991)位错的观察和穿晶断裂机制·doi:10.1016/0956-7151(91)90302-H
[32] Musienko A,Cailletaud G(2009),应力腐蚀开裂导致多晶骨料中晶间和穿晶裂纹扩展的模拟。材料学报57(13):3840-3855·doi:10.1016/j.actamat.2009.04.035
[33] Moran B,Belytschko T,Sukumar N,Moös N(2000)三维裂纹建模的扩展有限元方法。国际J数字方法工程48(11):1549-1570·Zbl 0963.74067号 ·doi:10.1002/1097-0207(20000820)48:11<1549::AID-NME955>3.0.CO;2-A型
[34] Nguyen TT(2015)通过结合基于相场方法的数值模拟和实验3D成像,对水泥基材料中的复杂微裂纹进行建模。巴黎大学博士论文
[35] Nguyen TT、Bolivar J、RéthoréJ、Baietto MC、Fregonese M(2017)模拟镍基合金中应力腐蚀裂纹扩展的相场方法。国际J固体结构112:65-82·Zbl 0095.39202号
[36] Nguyen TT,RéthoréJ(2017)各向异性裂纹扩展的相场建模(正在审查中)·Zbl 1406.74602号
[37] Nguyen TT,Yvonnet J,Bornert M,Chateau C(2016)非均质准脆性材料中复杂3D裂纹网络的萌生和扩展:原位测试微观实验和相场模拟之间的直接比较。机械物理固体杂志95:320-350·doi:10.1016/j.jmps.2016.06.004
[38] Nguyen TT、Yvonnet J、Bornert M、Chateau C、Sab K、Romani R、Le Roy R(2016)《相场法中模拟裂纹萌生的参数选择与实验验证》。国际分形杂志197(2):213-226·doi:10.1007/s10704-016-0082-1
[39] Nguyen TT,Yvonnet J,Zhu Q-Z,Bornert M,Chateau C(2015)一种相场方法,用于从微观结构的直接成像模拟强非均匀材料中的裂纹形核和扩展。工程分形力学139:18-39
[40] Nguyen TT,Yvonnet J,Zhu Q-Z,Bornert M,Chateau C(2016)通过显微形貌术获得的真实微观结构中界面损伤与裂纹扩展相互作用的计算建模相场方法。计算方法应用机械工程312:567-595·Zbl 1439.74243号 ·文件编号:10.1016/j.cma.2015.10.007
[41] 钱J,李S(2011)多尺度粘结带模型在多晶固体断裂模拟中的应用。工程技术杂志133(1):011010·数字对象标识代码:10.1115/1.4002647
[42] Quey R(2016)Neper:多晶体生成和网格化软件包
[43] Sfantos GK,Aliabadi MH(2007)用于模拟多晶脆性材料晶间微断裂的边界粘结晶粒元素公式。国际J数字方法工程69(8):1590-1626·Zbl 1194.74503号 ·doi:10.1002/nme.1831
[44] Simone A,Duarte CA,Van der Giessen E(2006)具有不连续晶界的多晶体的广义有限元方法。国际J数字方法工程67(8):1122-1145·Zbl 1113.74076号 ·doi:10.1002/nme.1658
[45] Sukumar N,Srolovitz DJ,Baker TJ,Prévost J-H(2003)《用扩展有限元法研究多晶微结构中的脆性断裂》。国际J数字方法工程56(14):2015-2037·兹比尔1038.74652 ·doi:10.1002/nme.653
[46] Verhoosel CV,De Borst R(2013)粘性断裂的相场模型。国际J数字方法工程96(1):43-62·Zbl 1352.74029号 ·doi:10.1002/nme.4553
[47] Verhoosel CV,Gutiérrez MA(2009)压电多晶体中的晶间和穿晶断裂建模。工程分形力学76(6):742-760·doi:10.1016/j.engfracmech.2008.07.004
[48] Wang L,Limodin N,El Bartali A,Witz J-F,Seghir R,Buffiere J-Y,Charkaluk E(2016)通过三维原位分析,在消失模铸造a319合金的单调拉伸和循环载荷下,孔隙对裂纹萌生的影响。材料科学与工程A 673:362-372·doi:10.1016/j.msea.2016.07.036
[49] Warner DH,Molinari JF(2006)约束氧化铝陶瓷压缩断裂的微观力学有限元建模。《材料学报》54(19):5135-5145·doi:10.1016/j.actamat.2006.06.046
[50] Was GS,Rajan VB(1987)《四硫酸钠中Ni-Cr-Fe合金的晶间开裂机理》。金属变速器A 18(7):1313-1323·doi:10.1007/BF02647201
[51] Wei YJ,Anand L(2004)《多晶金属中的晶界滑动和分离:在纳米晶fcc金属中的应用》。机械物理固体杂志52(11):2587-2616·Zbl 1084.74014号 ·doi:10.1016/j.jmps.2004.04.006
[52] Xu X-P,Needleman A(1993)晶体基质中夹杂物脱粘的空穴形核。模拟材料科学与工程模型1(2):111·doi:10.1088/0965-0393/1/2/001
[53] Yang WH,Srolovitz DJ,Hassell GN,Anderson MP(1990)脆性材料断裂中的微观结构效应。摘自:Anderson MP、Rollett AD(编辑)《微观结构演化模拟与理论》。宾夕法尼亚州沃伦代尔冶金学会,第277-284页
[54] Zhai T,Jiang XP,Li JX,Garratt MD,Bray GH(2005)高强度铝合金中最佳抗疲劳短裂纹扩展的晶界几何形状。国际J疲劳27(10):1202-1209·doi:10.1016/j.ijfatigue.2005.06.021
[55] Zhai T,Wilkinson AJ,Martin JW(2000)疲劳裂纹通过晶界扩展的晶体学机制。《材料学报》48(20):4917-4927·doi:10.1016/S1359-6454(00)00214-7
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