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非线性应变弹性体某些边值问题的有限元离散化。 (英语) Zbl 07590424号

摘要:众所周知,线性化弹性理论在应用于某些朴素断裂模型时,允许奇异应变的逻辑不一致解,而该理论是有限弹性在无穷小位移梯度渐近极限下的一阶近似。同时,作为非线性隐式本构关系的一个特殊子类,应变-屈服模型预测了整个材料体内的均匀有界应变,包括裂纹尖端或凹角处的应变集中点。在柯西弹性或格林弹性的标准线性化过程中,这种非线性近似是不可能的。在这项工作中,我们研究了几个边值问题的有限元离散化,以研究固体中的应力-应变状态,该固体的响应由非线性弹性应变极限理论描述。分析了反平面剪切中的缺口、定向裂纹和界面裂纹问题。数值结果表明,线性化应变保持在可以固定的值以下先验的因此,确保了非线性模型的有效性。此外,在每个示例中,我们都发现裂纹尖端附近的应力值较高,因此表明裂纹尖端对静止裂纹起着奇异能量汇的作用。我们还计算了本研究中的应力强度因子(SIF)。非线性应变-线性模型中SIF的计算值与经典线性模型的计算值相对应,从而为可能的局部断裂准则提供了原则。线性化应变与应力之间存在非线性关系的应变缓解理论框架,可以为开发具有物理意义的模型来研究弹性固体中的裂纹演化提供合理的基础。

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74-XX岁 可变形固体力学

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参考文献:

[1] CE英格里斯。由于存在裂纹和尖角,板中的应力。Trans R Inst海军建筑师1913年;60分:219-241秒。
[2] Lin,KY,Tong,P.V形缺口板断裂分析的奇异有限元。国际J数字方法工程1980;15(9): 1343-1354. ·Zbl 0441.73098号 ·doi:10.1002/nme.1620150907
[3] 爱你,AEH。关于弹性数学理论的论文。剑桥大学出版社,2013年·Zbl 1258.74003号
[4] 村上,Y,科尔,LM。参考:村上,Y(编辑),《应力强度因子手册》,第3卷。京都:日本,1993年。
[5] Gurtin,ME,Murdoch,AI.弹性材料表面的连续理论。1975年《大鼠力学年鉴》;57(4): 291-323. ·Zbl 0326.73001号 ·doi:10.1007/BF00261375
[6] Sendova,T,Walton,JR。通过将连续介质力学扩展到纳米尺度,对断裂进行建模和分析的新方法。数学机械固体2010;15(3): 368-413. ·Zbl 1197.74010号
[7] Mallikarjunaiah,SM。关于脆性断裂的两种理论:建模和直接数值模拟。德克萨斯农工大学博士论文,2015年。
[8] Ferguson,LA,Muddamallappa,M,Walton,JR。结合界面力学的III型断裂数值模拟。国际J骨折2015;192(1):47-56·doi:10.1007/s10704-014-9984-y
[9] Zemlyanova,AY,Walton,JR。具有曲率相关表面张力的曲线平面裂纹建模。SIAM J应用数学2012;72(5): 1474-1492. ·Zbl 1264.74014号 ·数字对象标识代码:10.1137/10860100
[10] Walton,JR,Muddamallappa,M.平面应变断裂与表面力学:非局部边界正则化。2016年8月21日至26日,加拿大蒙特利尔,第24届国际理论与应用力学大会(ICTAM)会议记录。
[11] 布罗伯格,KB。裂纹和断裂。纽约:学术出版社,1999年。
[12] Knowles,JK,Sternberg,E.两个新湖相岩片之间界面裂缝尖端附近的大变形。《弹性杂志》1983;13(3): 257-293. ·Zbl 0546.73079号 ·doi:10.1007/BF00042997
[13] 塔伦蒂诺,AM。弹性钟形材料的非线性断裂力学。Q J机械应用数学1997;50(3): 435-456. ·Zbl 1030.74564号 ·doi:10.1093/qjmam/50.3.435
[14] 拉贾戈帕尔,KR。关于隐式本构理论。应用数学2003;48(4): 279-319. ·Zbl 1099.74009 ·doi:10.1023/A:1026062615145
[15] 拉贾戈帕尔,KR。弹性的弹性。Z Angew数学物理2007;58(2): 309-317. ·兹比尔1113.74006 ·doi:10.1007/s00033-006-6084-5
[16] Rajagopal,KR,Srinivasa,AR。关于非耗散固体的响应。Proc R Soc Lond A数学物理与工程科学463:357-367·Zbl 1129.74010号
[17] Rajagopal,KR,Srinivasa,AR。关于一类非超弹性非耗散材料。Proc R Soc Lond A数学物理与工程科学465:493-500·Zbl 1186.74009号
[18] Rajagopal,KR。表现出有限小应变的非线性弹性体。数学机械固体2011;16(1): 122-139. ·Zbl 1269.74026号
[19] 拉贾戈帕尔,KR。弹性概念概论。数学机械固体2011;16(5): 536-562. ·Zbl 1269.74014号
[20] 拉贾戈帕尔,KR。关于小应变范围内物体的非线性弹性响应。2014年机械学报;225(6): 1545-1553. ·Zbl 1401.74045号 ·doi:10.1007/s00707-013-1015-y
[21] Rajagopal,KR,Saccomandi,G.一种描述本构关系的新方法。2016年《前线主帅》;3: 36. ·doi:10.3389/fmats.2016.00036
[22] 关于非线性弹性体本构关系线性化的注释。2018年机械研究委员会;93: 132-137. ·doi:10.1016/j.mechrescom.2017.08.002
[23] Bustamante,R,Rajagopal,KR。关于一类新弹性体的平面应变和平面应力问题的注释。数学机械固体2010;15(2): 229-238. ·Zbl 1257.74022号
[24] Bustamante,R,Rajagopal,KR。关于弹性体的一些新型本构关系的注释。IMA J应用数学2015;80(5): 1287-1299. ·Zbl 1327.35362号 ·doi:10.1093/imamat/hxu052
[25] Bustamante,R,Rajagopal,KR。描述岩石力学行为的非线性模型。2018年机械学报;229(1): 251-272. ·Zbl 1381.74148号 ·doi:10.1007/s00707-017-1968-3
[26] Bustamante,R,Rajagopal,KR。描述弹性体响应的隐式本构理论综述。参见:《固体连续体的本构建模》,第187-230页。纽约:施普林格出版社,2020年·兹比尔1445.74004 ·文件编号:10.1007/978-3-030-31547-47
[27] Rajagopal,KR,Walton,JR。在弹性应变缓解理论的背景下模拟断裂:单个反平面剪切裂纹。国际J骨折2011;169(1): 39-48. ·Zbl 1283.74074号 ·doi:10.1007/s10704-010-9581-7
[28] Gou,K,Mallikarjunaiah,SM,Rajagopal,KR,Walton,JR。弹性应变缓解理论背景下的断裂建模:单个平面应变裂纹。国际工程科学杂志2015;88: 73-82. ·Zbl 1423.74824号 ·doi:10.1016/j.ijengsci.2014.04.018
[29] Mallikarjunaiah,SM,Walton,JR。关于一类应变缓变各向异性弹性体中平面应变断裂的直接数值模拟。2015年国际J骨折;192(2): 217-232. ·doi:10.1007/s10704-015-0006-5
[30] Kulvait,V,Málek,J,Rajagopal,KR。一类新弹性固体的V型缺口板的反塑性应力状态。国际J骨折2013;179(1-2): 59-73. ·doi:10.1007/s10704-012-9772-5
[31] Bulíček,M,Málek,J,Rajagopal,KR,Walton,JR。一类新型“应变缓变”弹性体的反平面应力解的存在性。2015年计算变量偏微分方程;54(2): 2115-2147. ·Zbl 1329.35302号 ·doi:10.1007/s00526-015-0859-5
[32] Rajagopal,KR,Zappalorto,M.用非单调应变应力本构方程描述的实体,其中包含受反平面剪切应力作用的裂纹。2018年国际机械科学杂志;149: 494-499. ·doi:10.1016/j.ijmecsci.2017.07.060
[33] Kulvait,V,Málek,J,Rajagopal,KR。一类新型非线性弹性体缺口附近的应力和应变状态。J弹性2019;135(1-2): 375-397. ·Zbl 1415.74011号 ·doi:10.1007/s10659-019-09724-0
[34] Ortiz,A,Bustamante,R,Rajagopal,KR。一类新弹性体中带孔板的数值研究。2012年机械学报;223(9): 1971-1981. ·Zbl 1356.74122号 ·doi:10.1007/s00707-012-0690-4
[35] Ortiz-Barnardin,A,Bustamante,R,Rajagopal,KR。弹性体的数值研究,由显示有限应变的本构方程描述。国际J固体结构2014;51(3-4): 875-885. ·doi:10.1016/j.ijsolstr.2013.11.014
[36] Bridges,C,Rajagopal,KR。热力学基础的隐式本构模型:应力集中研究。Z angew数学物理2015;66(1): 191-208. ·Zbl 1317.74008号 ·doi:10.1007/s00033-014-0398-5
[37] Kambapalli,M,Kannan,K,Rajagopal,KR。新型弹性材料中非线性圆柱形环空中的周向应力波。Q J机械应用数学2014;67(2): 193-203. ·兹比尔1347.74045 ·doi:10.1093/qjmam/hbu003
[38] Kannan,K,Rajagopal,KR,Saccomandi,G.一类新弹性固体的非定常运动。波浪运动2014;51(5): 833-843. ·Zbl 1456.74017号 ·doi:10.1016/j.wavemoti.2014.02.004
[39] Bustamante,R,Sfyris,D.从一类新弹性体的运动和波传播的应力方程直接确定应力。数学机械固体2015;20(1): 80-91. ·Zbl 1327.74080号
[40] Magan,AB,Mason,DP,Harley,C.一类新本构方程的二维非线性应力和位移波。2018年波浪运动;77: 156-185. ·Zbl 1524.74299号 ·doi:10.1016/j.wavemoti.2017.12.003
[41] Magan,AB,Mason,DP,Harley,C.隐式本构方程子类中圆柱和圆柱环空中的弹性波。数学机械固体2020;25(2): 201-233. ·Zbl 1446.74149号
[42] Erbay,HA,öengül,Y.应变-阻尼粘弹性一维非线性模型中的行波。国际非润滑机械杂志2015;77: 61-68. ·doi:10.1016/j.ijnonlinmec.2015.07.005
[43] Itoui,H,Kovtunenko,VA,Rajagopal,KR。关于应变缓解粘弹性体中裂纹附近的应力和应变状态。数学机械固体2018;23(3): 433-444. ·Zbl 1404.74028号
[44] Zhu,H,Muliana,A,Rajagopal,KR。关于预应力夹杂物复合材料的非线性粘弹性变形。复合结构2016;149: 279-291. ·doi:10.1016/j.compstruct.2016.03.008
[45] öengül,Y.极限应变粘弹性。离散控制动力系统2021;14(1): 57-70. ·Zbl 1454.74026号 ·doi:10.3934/dcdss.2020330
[46] Bulček,M,Málek,J,Rajagopal,KR,Süli,E.关于具有极限小应变的弹性固体:建模和分析。EMS测量数学科学2014;1(2): 293-342. ·Zbl 1314.35184号 ·doi:10.4171/EMSS/7
[47] Bulček,M,Málek,J,Süli,E.应变缓解非线性弹性模型的分析和近似。数学机械固体2015;20(1): 92-118. ·Zbl 1327.74032号
[48] Gelmetti,N,Suli,E.应变缓变非线性弹性模型的谱近似。马特马蒂奇·维斯尼克2018;71(1-2). ·Zbl 1474.65456号
[49] Bonito,A,Girault,V,Süli,E.应变弹性模型的有限元近似。IMA J数字分析2020;40(1): 29-86. ·Zbl 1465.74156号 ·doi:10.1093/imanum/dry065
[50] Truesdell,C.低弹性。大鼠力学杂志1955;4: 83-1020. ·Zbl 0064.42002号
[51] Mai,T,Walton,JR。关于弹性力学隐式和应变缓和理论的强椭圆性。数学机械固体2015;20(2): 121-139. ·Zbl 07278982号
[52] Mai,T,Walton,JR。弹性应变缓变理论的单调性。2015年弹性杂志;120(1): 39-65. ·Zbl 1315.74007号 ·doi:10.1007/s10659-014-9503-4
[53] Bustamante,R.关于一类新弹性体的一些主题。Proc R Soc A数学物理与工程科学2009;465(2105): 1377-1392. ·Zbl 1186.74016号
[54] Bulček,M,Málek,J,Rajagopal,KR,et al.一类新的“应变缓变”弹性体的反平面应力解的存在性。2015年计算变量偏微分方程;54(2): 2115-2147. ·Zbl 1329.35302号 ·doi:10.1007/s00526-015-0859-5
[55] Ciarlet,PG。椭圆问题的有限元方法。宾夕法尼亚州费城:SIAM,2002年·Zbl 0999.65129号 ·数字对象标识代码:10.1137/1.9780898719208
[56] Saad,Y.稀疏线性系统的迭代方法。宾夕法尼亚州费城:SIAM,2003年·Zbl 1031.65046号 ·数字对象标识代码:10.1137/1.9780898718003
[57] 一类预处理共轭梯度法的有效实现。SIAM科学统计计算杂志1981;2(1): 1-4. ·Zbl 0474.65020号 ·doi:10.1137/0902001
[58] Alzetta,G,Arndt,D,Bangerth,W等。交易。II库,版本9.0。2018年数学数学杂志;26(4): 173-183. ·Zbl 1410.65363号 ·doi:10.1515/jnma-2018-0054
[59] Bangerth,W,Heister,T,Kanschat,G.交易。II微分方程分析库,技术参考,2013年。网址:http://www.dealii.org(2021年5月15日访问)。
[60] Irwin,G.对穿过板的裂纹末端附近的应力和应变的分析。应用力学杂志1957;24: 361-364. ·数字标识代码:10.1115/1.4011547
[61] Belytschko,T,Black,T。有限元中最小重网格的弹性裂纹扩展。国际数理工程杂志1999;45(5): 601-620. ·Zbl 0943.74061号 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0207(19990620)45:5<601::AID-NME598>3.0.CO;2-S型
[62] Bourdin,B,Francfort,GA,Marigo,JJ。重访脆性断裂的数值实验。机械物理固体杂志2000;48(4): 797-826. ·兹比尔0995.74057 ·doi:10.1016/S0022-5096(99)00028-9
[63] Sigaeva,T,Schiavone,P。线弹性材料中表面应力对界面裂纹的影响。数学机械固体2016;21(6): 649-656. ·Zbl 1370.74137号
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