×

在3D中使用无网格方法和水平集进行裂缝建模:框架和建模。 (英语) Zbl 1352.74312号

小结:在3D断裂建模中,扩展过程中演化裂纹几何形状的复杂性给应力分析带来了挑战,因为结果的准确性主要取决于对裂纹几何形状进行准确描述。本文开发了一个用于三维断裂建模的数值框架,其中使用无网格方法(无单元Galerkin方法)进行应力分析,并使用水平集准确描述和捕获裂纹演化。在此框架下,提出了一个简单而通用的公式,用于将场近似中的位移跳跃与任意三维曲面裂纹面相关联。为了准确闭合裂纹前缘,作者将捆扎程序从最初在2D中的使用扩展到了3D。探讨了水平集在提高结果精度和降低计算成本方面的优势,特别是在模型精化和位移跳跃的限制方面。讨论了水平集更新中出现的问题,并提出了相应的解决方案。所开发的框架通过大量具有参考解决方案的三维裂纹示例进行了验证,显示出通用三维断裂建模的强大潜力。

MSC公司:

74兰特 脆性断裂
76S05号 多孔介质中的流动;过滤;渗流
65N30型 含偏微分方程边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法
74平方米 谱及相关方法在固体力学问题中的应用
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Sukumar,三维裂纹建模的扩展有限元法,《国际工程数值方法杂志》48页1549–(2000)·Zbl 0963.74067号
[2] Stolarska,用扩展有限元方法中的水平集模拟裂纹扩展,《国际工程数值方法杂志》51 pp 943–(2001)·Zbl 1022.74049号
[3] Gravoul,通过扩展有限元和水平集的非塑性3D裂纹扩展-第二部分:水平集更新,《国际工程数值方法杂志》53 pp 2569–(2002)·Zbl 1169.74621号
[4] Möes,通过扩展有限元和水平集的非塑性3D裂纹扩展-第一部分:力学模型,《国际工程数值方法杂志》53 pp 2549–(2002)
[5] Chopp,用耦合扩展有限元/快速行进法研究多个共面裂纹的疲劳裂纹扩展,国际工程科学杂志41 pp 845–(2003)·Zbl 1211.74199号
[6] Sukumar,三维疲劳裂纹扩展的扩展有限元法和快速推进法,《工程断裂力学》70 pp 29–(2003)·Zbl 1211.74199号
[7] Areias,《使用扩展有限元法分析三维裂纹萌生和扩展》,《国际工程数值方法杂志》63 pp 760–(2005)·Zbl 1122.74498号
[8] Sukumar,通过耦合扩展有限元和快速推进方法实现三维非平面裂纹扩展,《国际工程数值方法杂志》76 pp 727–(2008)·Zbl 1195.76390号
[9] Sopara,用无元素Galerkin方法分析粘结裂纹扩展,《力学杂志》24第45页–(2008)
[10] Rannou,三维裂纹扩展的局部多重网格X-FEM策略,《国际工程数值方法杂志》77 pp 581–(2009)·Zbl 1155.74414号
[11] Zamani,动态热弹性断裂起始的扩展有限元方法的实现,《国际固体与结构杂志》47 pp 1392–(2010)·Zbl 1193.74161号
[12] Belytschko,《材料科学与工程中材料建模、建模和仿真的扩展/广义有限元方法综述》17 pp 043001–(2009)
[13] Bordas,《通过扩展无网格方法在非线性材料中的三维裂纹萌生、扩展、分支和连接,无渐进富集》,《工程断裂力学》75 pp 943–(2008)
[14] Belytschko,无元素Galerkin方法,《国际工程数值方法杂志》37,第229页–(1994)·Zbl 0796.73077号
[15] Belytschko,无单元Galerkin方法的断裂和裂纹扩展,材料科学与工程建模与模拟2,第519页–(1994)
[16] 器官,通过衍射和透明度对非凸体进行连续无网格近似,计算力学18 pp 225–(1996)·Zbl 0864.73076号
[17] Belytschko,静态和动态断裂的无元素Galerkin方法,《国际工程数值方法杂志》32 pp 2547–(1995)·Zbl 0918.73268号
[18] Belytschko,《无单元伽辽金法裂纹扩展》,《工程断裂力学》51,第295页–(1995)
[19] Rabczuk,使用SPH/MLSPH模拟高速混凝土碎裂,国际工程数值方法杂志56(10)pp 1421–(2003)·Zbl 1106.74428号
[20] Sukumar,三维断裂力学的无单元Galerkin方法,计算力学20 pp 170–(1997)·Zbl 0888.73066号
[21] Krysl,任意三维裂纹动态扩展的无单元Galerkin方法,《国际工程数值方法杂志》44 pp 767–(1999)·Zbl 0953.74078号
[22] Brighenti,无单元伽辽金无网格方法在三维断裂力学问题中的应用,《工程断裂力学》72第2808页–(2005)
[23] Duflot,《三维裂纹扩展的一种具有丰富权重函数的无网格方法》,《国际工程数值方法杂志》,第65页,1970–(2006)·Zbl 1114.74064号
[24] Rabczuk,静力学和动力学中连续多裂纹萌生、扩展和连接的三维无网格方法,计算力学40第473页–(2007)·Zbl 1161.74054号
[25] Bordas,《扩展有限元库》,《国际工程数值方法杂志》71 pp 703–(2007)·Zbl 1194.74367号
[26] Rabczuk,任意演化裂纹的三维大变形无网格方法,应用力学和工程中的计算机方法196第2777页–(2007)·Zbl 1128.74051号
[27] Rabczuk,《使用单位分割法对裂纹扩展进行三维建模》,《计算机与结构》88 pp 1391–(2010)
[28] Rabczuk,用裂纹颗粒法模拟动态断裂的不稳定性,《工程断裂力学》76 pp 730–(2009)
[29] 宋,动态断裂有限元方法的比较研究,计算力学42 pp 239–(2008)·Zbl 1160.74048号
[30] Duflot,《用水平集表示裂纹的研究》,《国际工程数值方法杂志》70页1261–(2007)·Zbl 1194.74516号
[31] 庄,《使用无网格方法和水平集的精确裂缝建模:公式和2D建模》,《国际工程数值方法杂志》86,第249页–(2011)·Zbl 1235.74346号
[32] Nayroles,《有限元方法的推广:弥散近似和弥散元素》,《计算力学》第10卷第307页–(1992)·Zbl 0764.65068号
[33] 庄,无单元伽辽金法中正交基函数的使用方面,国际工程数值方法杂志81 pp 366–(2010)·Zbl 1183.74376号
[34] Fleming,裂纹尖端场的强化无元素Galerkin方法,《国际工程数值方法杂志》40页1483–(1997)
[35] Daux,采用扩展有限元法的任意分支和交叉裂纹,《国际工程数值方法杂志》48页1741–(2000)·Zbl 0989.74066号
[36] Duflot,《疲劳裂纹扩展的一种具有丰富权重函数的无网格方法》,《国际工程数值方法杂志》,第59页,1945–(2004)·Zbl 1060.74664号
[37] Fries,单位方法的内在划分,计算力学40 pp 803–(2007)·Zbl 1162.74049号
[38] 庄,《无单元伽辽金法中的误差控制》,《边界元工程分析》36页351–(2012)
[39] Sussman,《计算不可压缩两相流解的水平集方法》,《计算物理杂志》114页146–(1994)·Zbl 0808.76077号
[40] Osher,水平集方法和动态隐式曲面(2003)·doi:10.1007/b98879
[41] 塞提安,水平集方法和快速行进方法(1996)·Zbl 0852.65055号
[42] Mitchell I水平集方法工具箱(1.1版)2007年技术报告
[43] Liu,加权本质非振荡格式,计算物理杂志115 pp 200–(1994)
[44] 格里菲斯,《固体中的破裂和流动现象》,伦敦皇家学会哲学学报,A辑221页163–(1921)
[45] 彭,基于PDE的快速局部水平集方法,《计算物理杂志》155 pp 410–(1999)·Zbl 0964.76069号
[46] Adalsteinson,水平集方法中扩展速度的快速构造,《计算物理杂志》148第2页–(1999)·Zbl 0919.65074号
[47] Russoa,关于计算距离函数的评论,《计算物理杂志》163第51页–(2000)
[48] Burchard,使用水平集方法的三维空间曲线运动,计算物理杂志170页720–(2001)·Zbl 0991.65077号
[49] Houlsby,有限元分析中施加位移约束的捆绑方案,《工程数值方法通讯》16 pp 721–(2000)·Zbl 0993.74065号
[50] Hou,移动界面问题的混合方法及其在hele-shaw流中的应用,计算物理杂志134页236–(1997)·兹伯利0888.76067
[51] Fleming M疲劳和准静态断裂的无元素Galerkin方法博士论文1997
[52] Lee,《采用无单元伽辽金法和辅助支撑改进的裂纹分析技术》,《国际工程数值方法杂志》56页1291–(2003)·兹比尔1106.74426
[53] 文丘拉,EFG裂纹扩展的向量水平集方法和新的不连续近似,《国际工程数值方法杂志》54 pp 923–(2002)·Zbl 1034.74053号
[54] Duflot,一种基于移动最小二乘求积的真正无网格伽辽金方法,《工程中的数值方法通信》,第18页,第441–(2002)·Zbl 1008.74082号
[55] Gosz,弯曲三维界面裂纹应力强度因子计算的域积分,《国际固体与结构杂志》35 pp 1763–(1997)·Zbl 0936.74057号
[56] 里格比,重温混合模J积分的分解,《国际固体与结构杂志》35 pp 2073–(1998)·Zbl 0933.74005号
[57] Gosz,计算三维非平面裂纹前沿混合模式应力强度因子的交互能量积分法,《工程断裂力学》69 pp 299-(2002)
[58] Chang,三维非平面弯曲裂纹沿线的应力强度因子计算,《国际固体与结构杂志》44 pp 371–(2007)·Zbl 1119.74017号
[59] 安德森,《断裂力学:基础与应用》(1995)
[60] Stern,混合模式应力强度因子的轮廓积分计算,《国际断裂杂志》12 pp 359–(1976)
[61] Geuzaine,Gmsh:具有内置预处理和后处理设施的三维有限元网格生成器,《国际工程数值方法杂志》79 pp 1309–(2009)·Zbl 1176.74181号
[62] 村上,《压力强度因子手册》(1987年)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。