کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
6918525 862982 2013 26 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
A strong discontinuity approach on multiple levels to model solids at failure
ترجمه فارسی عنوان
رویکرد انقطاعی قوی در سطوح مختلف برای مدل سازی جامدات در شکست
کلمات کلیدی
اختلالات شدید، عناصر محدود پیشرفته، شکست از مواد جامد تجزیه دامنه، شکسته شدن
ترجمه چکیده
این مقاله اصلاح رویکرد انقطاعی قوی را به مدل پدیده شکست در مواد جامد با گسترش آن به سطوح مختلف ارائه می دهد. این مسئله با حل کلی مشکل حل شده به یک مسئله ارزش مرزی اصلی حل می شود و زیر دامنه ها براساس مفاهیم تجزیه دامنه شناسایی می شود. آغاز این حوزه های فرعی بر پایه تشخیص وقوع شکست در عناصر محدودی از مسئله ارزش مرزی اصلی است که در منطقه فرایند در مقابل شکاف های پخش می شود. این زیر دامنه ها پس از آن در زمان اجرا انطباق پذیرفته شده و شامل معادله زیر معادله ای است که به طور همزمان با مسئله ارزش مرزی حل می شود. برای مدلسازی شکست، تنها زیرمجموعهی این مسائل مربوط به ارزشهای زیربنایی با رویکرد انقطاعی قوی برخورد میشود که با توجه به وضعیت استرس آنها میتواند اختلالات شدید را به عنوان جهش در میدان جابجایی برای مدلسازی ترکها و برشها گروه ها به همین دلیل با توجه به حل آن در بسیاری از زیرمجموعهها، عنصر محدودی از مسئله ارزش مرزی اصلی میتواند موجب انحلال شدید یک تک نابسامان شدید در مسائل شبه استاتیک شود و همچنین انتشار چندین اختلال تحریکپذیر متعدد که موجب شبیهسازی شکاف ترک در مواد شکننده در معرض شکست پویا. در حالی که مزایای رویکرد انقباض قوی در قالب کارآیی آن با اصلاح استقلال از درجه آزادی مربوط به ناحیه شکست و نیز کاربرد آن برای استفاده از فرمولاسیون متناوب، مخلوط و پیشرفته جابجایی استاندارد برای عنصر نهایی پایه نگهداری می شود ، چالش های جدید بوجود می آیند با توجه به اصلاح پیشنهاد شده است. اولا، راه حل های مختلف ارزش زیربنایی باید به مسئله ارزش مرزی اصلی منتقل شود که در این کار بر اساس مفاهیم تجزیه دامنه به دست می آید. ثانیا، از آنجاییکه اختلافات شدید چندگانه ممکن است بر مرزهای مسئله ارزش مرزی محدود شود، شرایط مرزی اعمال شده باید در نظر گرفتن ظهور جهش های احتمالی در زمینه های جابجایی که ناشی از راه حل مسئله ارزش زیر فرعی باشد. نشان داده شده است که برای شکاف تک تکثیر ناشی از مشکلات شکست ناپیوسته فقط تفاوت های جزئی از طریق اصلاح پیشنهاد شده به دست می آید. برای شبیه سازی جامدات در حال شکستن پویا، اصلاح باعث می شود تا پیش بینی شروع شکاف کرک بدون نیاز به هیچ معیار شل شدن کراوات مصنوعی باشد. توافق نزدیک با آزمایش های شبیه سازی در شرایط شبیه سازی میکرو و ماکرو در علاوه بر مطالعه برخی از پارامترهای کلیدی مانند سرعت بحرانی، فاکتور شدت تنش دینامیکی و نرخ انتشار انرژی کششی در شاخه ای یافت می شود.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی کامپیوتر نرم افزارهای علوم کامپیوتر
پیش نمایش مقاله
رویکرد انقطاعی قوی در سطوح مختلف برای مدل سازی جامدات در شکست
چکیده انگلیسی
This paper presents a modification of the well established strong discontinuity approach to model failure phenomena in solids by extending it to multiple levels. This is achieved by the resolution of the overall problem to be solved into a main boundary value problem and identified sub-domains based on the concepts of domain decomposition. The initiation of those sub-domains is based on the detection of failure onset within finite elements of the main boundary value problem which takes place at the process zone in front of the propagating cracks. Those sub-domains are subsequently adaptively discretized during run-time and comprise the so called sub-boundary value problem to be solved simultaneously with the main boundary value problem. To model failure, only the sub-elements of those sub-boundary value problems are treated by the strong discontinuity approach which, depending on their state of stress, may develop strong discontinuities to be understood as jumps in the displacement field to model cracks and shear bands. Due to its resolution into many sub-elements, the single finite element of the main boundary value problem can therefore simulate a single propagating strong discontinuity arising in quasi-static problems as well as the propagation of multiple propagating strong discontinuities arising for simulations of crack branching in brittle materials undergoing dynamic failure. Whereas the advantages of the strong discontinuity approach in the form of its efficiency by statically condensing out the degrees of freedom related to the failure zone as well as its applicability to use standard displacement based, mixed, and enhanced formulations for the underlying finite element are kept, new challenges arise due to its proposed modification. Firstly, the solutions of the different sub-boundary value problems must be transferred to the main boundary value problem, which is achieved in this work based on concepts of domain decomposition. Secondly, since multiple strong discontinuities might propagate over the boundaries of the sub-boundary value problem, the applied boundary conditions must take into account the appearance of possible jumps in the displacement fields arising from the solution of the sub-boundary value problem itself. It is shown that for single propagating cracks arising in problems of quasi-static failure only minor differences are obtained through the proposed modification. For the simulation of solids undergoing dynamic fracture the modification allows though to predict the onset of crack branching without the need for any artificial crack branching criterion. A close agreement with experiments of the simulation results in terms of micro- and macro branching in addition to studying certain key parameters like critical velocity, dynamic stress intensity factor, and the strain energy release rate at branching is found.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering - Volume 253, 1 January 2013, Pages 558-583
نویسندگان
, ,