×

非均匀颗粒复合材料的一种简单而稳健的计算均匀化方法。 (英文) Zbl 1441.74188号

摘要:本文提出了一种计算效率高的多分裂MsXFEM来评估非均质材料的弹性性能。多分裂MsXFEM是多分裂XFEM与多尺度有限元方法(MsFEM)的结合。多分裂XFEM能够在单个元素中建模多个不连续性,从而减少网格元素的数量,而MsFEM有助于减少计算时间。基于应变能的均匀化已在RVE(非均匀性体积分数高达50%)上实施,以评估弹性性能。根据宏观元素尺寸分析,我们估计RVE边缘长度必须是宏观元素边缘长度的5倍。进行了方向分析以验证材料的各向同性行为,而进行了对比分析以检查所提方案的数值准确性。为了减少水平集值的映射误差,提出了一种基于高阶形状函数的水平集校正方法。还观察到,对于50%的异质性体积,多分裂MsXFEM的计算效率大约是MsXFEM的16倍。

MSC公司:

2005年第74季度 固体力学平衡问题中的均匀化
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

软件:

允许;切割FEM
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Yoon,J。;Byun,T。;斯特里扎克,J。;Snead,L.,《使用小尺寸试样表征核石墨NBG-18的拉伸强度和断裂韧性》,J.Nucl。材料。,412, 3, 315-320 (2011)
[2] 克罗姆,B.P。;徐,P。;拉霍达,E.J。;甲板,C.P。;Li,X.,通过原位体积数字图像相关量化编织SiC/SiC复合材料的三维损伤和应力重分布机制,Scr。材料。,130, 238-241 (2017)
[3] 查拉,N。;美国哈贝尔。;沈永乐。;安德烈斯,C。;Jones,J。;Allison,J.,基体微观结构对sic颗粒增强2080铝基复合材料拉伸和疲劳行为的影响,金属。马特。事务处理。A、 31、2、531-540(2000)
[4] Fu,S.-Y。;冯克强。;Lauke,B。;Mai,Y.-W.,颗粒尺寸、颗粒/基体界面附着力和颗粒负载对颗粒-聚合物复合材料力学性能的影响,复合材料B,39,6,933-961(2008)
[5] Oku,T。;库鲁马达,A。;Imamura,Y。;Kawamata,K。;Shiraishi,M.,预应力对各向同性石墨材料力学性能的影响,J.Nucl。材料。,258, 814-820 (1998)
[6] 曾荫权(Tsang,D.)。;Marsden,B.,《气冷反应堆核石墨部件应力分析代码的开发》,J.Nucl。材料。,350, 3, 208-220 (2006)
[7] Geers,M.G。;库兹涅佐娃,V.G。;Brekelmans,W.,《多尺度计算均匀化:趋势和挑战》,J.Compute。申请。数学。,234, 7, 2175-2182 (2010) ·兹比尔1402.74107
[8] Reuss,A.,Berechnung der fließgrenze von mischkristallen auf grund der plastizitätsbeding für einkristalle。,ZAMM-J.应用。数学。机械/Z.安圭。数学。机械。,9, 1, 49-58 (1929)
[9] Voigt,W.,Ueber die Beziehung zwischen den beiden Elasticitätsconstantes各向同性Körper,Ann.Phys。,274, 12, 573-587 (1889)
[10] Kelly,B.T.,《石墨物理》(1981年)
[11] 布罗克赫斯特,J。;Adam,R.,《模拟辐射氧化梯度石墨的机械试验》,UKAEA报告(1983年),ND,技术代表。
[12] Leffers,T.,多晶体塑性变形的修正sachs方法,作为泰勒模型的现实替代,(金属和合金强度(1980),Elsevier),769-774
[13] 科克斯,美国。;Chandra,H.,部分约束变形中的滑移几何,金属学报。,30695-709(1982年)
[14] Van Houtte,P.,《关于晶体部分约束塑性变形的松弛泰勒理论和Bishop-Hill理论的等价性》,Mater。科学。工程师,55,1,69-77(1982)
[15] 哈欣,Z。;Shtrikman,S.,《多相材料弹性行为理论的变分方法》,J.Mech。物理学。固体,11,2,127-140(1963)·Zbl 0108.36902号
[16] Zimmerman,R.W.,Hashin-Shtrikman关于复合材料泊松比的界,Mech。Res.Commun.公司。,19563-569(1992年)·Zbl 0825.73442号
[17] 博内特,M。;斯托尔茨,C。;Zaoui,A.,《弹性中具有形态代表性的基于图案的边界》,J.Mech。物理学。固体,44,3,307-331(1996)·Zbl 1054.74706号
[18] Pierard,O。;弗里贝尔,C。;Doghri,I.,《多相热塑性复合材料的平均场均匀化:一般框架及其验证》,Compos。科学。技术。,64, 10-11, 1587-1603 (2004)
[19] Nemat-Nasser,S.公司。;Hori,M.,《微观力学:异质材料的总体特性》,第37卷(2013年),Elsevier·Zbl 0924.73006号
[20] 森喜朗。;Tanaka,K.,《含错配夹杂物材料的基体平均应力和平均弹性能》,金属学报。,第21页,第571-574页(1973年)
[21] Willis,J.,《各向异性复合材料整体性能的界限和自洽估计》,J.Mech。物理学。固体,25,3,185-202(1977)·Zbl 0363.73014号
[22] 黄,Y。;胡克。;魏,X。;Chandra,A.,《含多相夹杂物复合材料的广义自持力学方法》,J.Mech。物理学。固体,42,3,491-504(1994)·Zbl 0794.73039号
[23] Norris,A.,复合材料有效模量的微分方案,Mech。材料。,4, 1, 1-16 (1985)
[24] Duan,H。;Yi,X。;黄,Z。;Wang,J.,预测具有界面效应的多相复合材料有效模量的统一方案。第一部分:理论框架,力学。材料。,39, 1, 81-93 (2007)
[25] Yanase,K。;Ju,J.W.,含有不完美界面的球形颗粒增强复合材料的有效弹性模量,国际损伤力学杂志。,21, 1, 97-127 (2012)
[26] Chatzigeorgiou,G。;Javili,A。;Steinmann,P.,《微生物-纳米尺度下含能界面复合材料的多尺度建模》,数学。机械。固体,20,9,1130-1145(2015)·Zbl 1329.74016号
[27] 帕拉迪姆,D.-A。;Moitinho de Almeida,J。;博尔达斯,S。;Kerfriden,P.,均匀化中的保证误差界:保持尺度数值分离的最佳随机方法,Internal。J.数字。方法工程,110,2,103-132(2017)·Zbl 1365.80011号
[28] 巴塔奇,D。;Kanit,T。;卡杜里,W。;本萨达,R。;Imad,A。;Outtas,T.,异质材料均匀化的迭代分析模型,复合材料B,142,56-67(2018)
[29] Tvergaard,V.,晶须增强金属-矩阵复合材料拉伸性能分析,金属学报。材料。,38, 2, 185-194 (1990)
[30] 范德斯卢伊斯,O。;Schreurs,P。;Meijer,H.,通过均匀化获得的粘塑性本构模型的有效特性,Mech。材料。,31, 11, 743-759 (1999)
[31] Kari,S。;Berger,H。;罗德里格斯·拉莫斯(Rodriguez-Ramos),R。;Gabbert,U.,随机分布球形颗粒增强复合材料有效材料性能的计算评估,Compos。结构。,77, 2, 223-231 (2007)
[32] 辛格,I。;Shedbale,A。;Mishra,B.,《使用有限元方法评估颗粒增强复合材料的材料性能》,J.Compos。材料。,50, 20, 2757-2771 (2016)
[33] Quayum,M.S。;庄,X。;Rabczuk,T.,自愈合混凝土的计算模型生成和RVE设计,Front。结构。公民。工程师,9,4,383-396(2015)
[34] 庄,X。;王,Q。;Zhu,H.,椭球体周期随机堆积复合材料的有效性能,材料,10,2,112(2017)
[35] Suquet,P.,《非弹性固体力学的均匀化元素,复合介质的均匀化技术》(Sanchez-Palencia,E.和Zaoui,A.编辑)(1987),Springer
[36] Nemat-Nasser,S.公司。;Hori,M.,线性和非线性非均相固体整体性质的通用界,J.Eng.Mater。技术。,117, 4, 412-432 (1995)
[37] 佩库伦,S。;Gibiansky,L。;Torquato,S.,《周期性和层次性二维复合材料弹性行为的尺度效应》,J.Mech。物理学。固体,47,7,1509-1542(1999)·Zbl 0972.74021号
[38] Fritzen,F。;Böhlke,T.,边界条件类型对单位元问题数值特性的影响,《机械技术》。,30, 4, 354-363 (2010)
[39] 查拉,N。;Chawla,K.,颗粒增强金属基复合材料的基于微结构的有限元建模,(第16届复合材料国际会议论文集(2007),Citeser)
[40] 阿加瓦尔,A。;辛格一世。;Mishra,B.,用无网格法评估互穿相复合材料的弹性性能,J.Compos。材料。,47, 11, 1407-1423 (2013)
[41] Hou,T.Y。;Wu,X.-H.,复合材料和多孔介质椭圆问题的多尺度有限元方法,J.Compute。物理。,134, 1, 169-189 (1997) ·Zbl 0880.73065号
[42] 比斯瓦斯,R。;Poh,L.H.,非均质材料的微形态计算均匀化框架,J.机械。物理学。固体,102,187-208(2017)
[43] 张,H。;吴杰。;Lv,J.,非均质材料弹塑性分析的一种新的多尺度计算方法,计算。机械。,49, 2, 149-169 (2012) ·Zbl 1316.74064号
[44] 莫尔斯,N。;Dolbow,J。;Belytschko,T.,《无网格裂纹扩展的有限元方法》,国际。J.数字。方法工程,46,1,131-150(1999)·兹比尔0955.74066
[45] 北苏库马尔。;乔普,D.L。;莫尔斯,N。;Belytschko,T.,在扩展有限元方法中通过水平集建模孔和夹杂物,计算。方法应用。机械。工程师,190,46-47,6183-6200(2001)·Zbl 1029.74049号
[46] 帕蒂尔,R。;米什拉,B。;Singh,I.,《非均质材料弹性性能评估的新多尺度XFEM》,国际力学杂志。科学。,122, 277-287 (2017)
[47] Hettich,T。;Hund,A。;Ramm,E.,通过X-FEM和多尺度框架内的水平集对复合材料失效进行建模,计算。方法应用。机械。工程,197,5,414-424(2008)·Zbl 1169.74543号
[48] 班萨尔,M。;辛格,I。;米什拉,B。;夏尔马,K。;Khan,I.,基于微观结构观察的非均匀石墨抗拉强度预测的随机XFEM模型,J.Nucl。材料。,487, 143-157 (2017)
[49] 班萨尔,M。;辛格,I。;米什拉,B。;夏尔马,K。;Khan,I.,预测非均质材料破坏强度概率的双尺度随机框架,Compos。结构。,179, 294-325 (2017)
[50] Talebi,H。;Silani,M。;博尔达斯,S.P。;科尔弗里登,P。;Rabczuk,T.,材料失效多尺度建模的计算库,计算。机械。,53, 5, 1047-1071 (2014)
[51] Talebi,H。;Silani,M。;Rabczuk,T.,三维裂纹和位错扩展的并行多尺度建模,高级工程师软件。,80, 82-92 (2015)
[52] 帕蒂尔,R。;米什拉,B。;Singh,I.,脆性断裂的自适应多尺度相场方法,计算。方法应用。机械。工程,329254-288(2018)·Zbl 1439.74368号
[53] Vu-Bac,N。;Rafiee,R。;庄,X。;Lahmer,T。;Rabczuk,T.,具有相关参数的聚合物纳米复合材料多尺度建模的不确定性量化,复合材料B,68446-464(2015)
[54] 蜜蜂。;Peerlings,R。;Geers,M.,离散微观结构模型多尺度分析的准连续统方法,国际。J.数字。方法工程,87,7,701-718(2011)·Zbl 1242.74201号
[55] 蜜蜂。;Peerlings,R。;Geers,M.,《准连续介质方法中的中心求和》,J.Mech。物理学。固体,70242-261(2014)·Zbl 1328.74004号
[56] Rokoš,O。;皮林斯,R.H。;Zeman,J。;Beex,L.A.,局部损伤晶格网络的自适应变分准连续方法,国际。J.数字。方法工程,112,2,174-200(2017)
[57] 伯曼,E。;克劳斯,S。;Hansbo,P。;Larson,M.G。;Massing,A.,CutFEM:离散几何和偏微分方程,国际。J.数字。方法工程,104,7,472-501(2015)·Zbl 1352.65604号
[58] 布达拉普,P.R。;格雷西,R。;杨世伟。;庄,X。;Rabczuk,T.,《多尺度断裂建模中的有效粗粒化》,Theor。申请。分形。机械。,69, 126-143 (2014)
[59] 布达拉普,P.R。;格雷西,R。;博尔达斯,S.P。;Rabczuk,T.,准静态裂纹扩展的自适应多尺度方法,计算。机械。,53, 6, 1129-1148 (2014)
[60] Geers,M.G。;库兹涅佐娃,V.G。;马图什,K。;Yvonnet,J.,《均质化方法和多尺度建模:非线性问题》,《计算机百科全书》。机械。第二版,1-34(2017)
[61] Otero,F。;Oller,S。;Martinez,X.,《多尺度计算均匀化:一种新的增强一阶方法的回顾和建议》,Arch。计算。方法工程,25,2,479-505(2018)·Zbl 1392.74079号
[62] 辛格,I。;Bhardwaj,G。;Mishra,B.,使用XIGA,J.Mech对穿过单元的多个不连续性建模的新标准。科学。技术。,29, 3, 1131-1143 (2015)
[63] Bhardwaj,G。;辛格,S。;辛格,I。;米什拉,B。;Rabczuk,T.,使用均匀化XIGA对非均质材料中界面裂纹的疲劳裂纹扩展分析,Theor。申请。分形。机械。,85, 294-319 (2016)
[64] 张,H。;吴杰。;Fu,Z.,二维周期晶格桁架材料弹塑性分析的扩展多尺度有限元法,计算。机械。,45, 6, 623-635 (2010) ·Zbl 1398.74429号
[65] 莫尔斯,N。;克洛瑞克,M。;Cartraud,P。;Remacle,J.-F.,处理复杂微观结构几何形状的计算方法,计算。方法应用。机械。工程,192,28-30,3163-3177(2003)·Zbl 1054.74056号
[66] 班萨尔,M。;辛格,I。;米什拉,B。;Bordas,S.,《异质材料三维分析的并行高效多分裂XFEM》,计算。方法应用。机械。工程师,347365-401(2019)·Zbl 1440.74373号
[67] 卡杜里,W。;El Moumen,A。;Kanit,T。;马达尼,S。;Imad,A.,《夹杂物形状对非均匀材料有效导热系数的影响》,Mech。材料。,92,28-41(2016)
[68] 库兹涅佐娃,V。;Geers,M。;Brekelmans,W.,《非线性非均匀固体的计算均匀化》,(固体力学中的多尺度建模:计算方法(2010),《世界科学》,1-42·Zbl 1296.74088号
[69] Kyaw,S.T。;Sun,W。;Becker,A.A.,《填料、粘合剂和孔隙率的组成对核石墨弹性和断裂性能的影响》,J.Nucl。材料。,457, 42-47 (2015)
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。