Mô hình hư hại cục bộ rời rạc cho phân tích nứt trong cấu trúc hai vật liệu

Manh Van Pham1, Minh Ngoc Nguyen2, Tinh Quoc Bui2
1\(^1\) Duy Tan Research Institute for Computational Engineering (DTRICE), Duy Tan University, Ho Chi Minh City 70000, Vietnam<br>\(^2\) University of Architecture Ho Chi Minh City, Ho Chi Minh City 70000, Vietnam
2\(^1\) Duy Tan Research Institute for Computational Engineering (DTRICE), Duy Tan University, Ho Chi Minh City 70000, Vietnam<br> \(^3\) Faculty of Civil Engineering, Duy Tan University, Da Nang City 55000, Vietnam

Tóm tắt

Bài báo này được dành để mở rộng mô hình hư hại cục bộ nâng cao gần đây đã được phát triển nhằm dự đoán thất bại trong các cấu trúc hai vật liệu. So với các mô hình không địa phương, mô hình hư hại cục bộ nâng cao cung cấp chi phí tính toán thấp hơn trong khi vẫn xử lý vấn đề phụ thuộc vào lưới. Bằng cách định nghĩa biến dạng tương đương dựa trên khái niệm chuẩn năng lượng hai chiều và tiêu chí của Mazars, xem xét cả thành phần biến dạng kéo và nén, mô hình này phù hợp với hành vi của các vật liệu gần giòn. Trạng thái của điểm vật liệu được chỉ định bởi một tham số hư hại, dao động từ 0 đến 1, để đại diện cho sự tiến triển từ trạng thái hoàn toàn nguyên vẹn đến thất bại hoàn toàn. Một sơ đồ rời rạc hiệu quả được giới thiệu, trong đó phương trình cân bằng và việc cập nhật tham số hư hại được tách biệt. Mô hình được đề xuất được xác nhận bằng một loạt các thử nghiệm uốn ba điểm trên các mẫu PMMA/Al6061 do Lee và Krishnaswamy (2000) báo cáo. Sự đồng nhất tốt được quan sát giữa mô hình được đề xuất và dữ liệu thực nghiệm, cũng như các kết quả số từ các tác giả khác, trong việc dự đoán đường crack.

Từ khóa

#enhanced local damage #bi-material structures #fracture analysis #staggered scheme

Tài liệu tham khảo

L. M. Kachanov and D. Krajcinovic. Introduction to continuum damage mechanics. Journal of Applied Mechanics, 54, (1987), pp. 481–481.

J. Lemaitre and R. Desmorat. Engineering damage mechanics: ductile, creep, fatigue and brittle failures. Springer Science & Business Media, (2006).

M. Jirásek and B. Patzák. Consistent tangent stiffness for nonlocal damage models. Computers & Structures, 80, (2002), pp. 1279–1293.

C. Giry, F. Dufour, and J. Mazars. Stress-based nonlocal damage model. International Journal of Solids and Structures, 48, (2011), pp. 3431–3443.

M. Kurumatani, K. Terada, J. Kato, T. Kyoya, and K. Kashiyama. Anisotropic damage model based on fracture mechanics for concrete. Engineering Fracture Mechanics, 155, (2016), pp. 49– 66.

M. V. Pham, M. N. Nguyen, and T. Q. Bui. Numerical simulation of localized quasi-brittle fracture with an enhanced bi-energy norm based equivalent strain. Engineering Fracture Mechanics, 288, (2023), 109340.

M. V. Pham, M. N. Nguyen, and T. Q. Bui. A novel thermo-mechanical local damage model for quasi-brittle fracture analysis. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 130, (2024), 104329.

H. Lee and S. Krishnaswamy. Quasi-static propagation of sub interfacial cracks. Journal of Applied Mechanics, 67, (2000), pp. 444–452.

M. Kikuchi, Y. Wada, and Y. Li. Crack growth simulation in heterogeneous material by S-FEM and comparison with experiments. Engineering Fracture Mechanics, 167, (2016), pp. 239–247.

A. Rajput, A. Subhash Shedbale, and D. Khan. A robust staggered localizing gradient enhanced isotropic damage model for failure prediction in heterogeneous materials. Engineering Fracture Mechanics, 293, (2023), 109708.

J. H. P. de Vree, W. A. M. Brekelmans, and M. A. J. van Gils. Comparison of nonlocal approaches in continuum damage mechanics. Computers & Structures, 55, (1995), pp. 581–588.

J. Mazars, F. Hamon, and S. Grange. A new 3D damage model for concrete under monotonic, cyclic and dynamic loadings. Materials and Structures, 48, (2014), pp. 3779–3793.

T. H. A. Nguyen, T. Q. Bui, and S. Hirose. Smoothing gradient damage model with evolving anisotropic nonlocal interactions tailored to low-order finite elements. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 328, (2018), pp. 498–541.

Y. Wang and H. Waisman. From diffuse damage to sharp cohesive cracks: A coupled XFEM framework for failure analysis of quasi-brittle materials. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 299, (2016), pp. 57–89.

T. Q. Bui and H. T. Tran. Dynamic brittle fracture with a new energy limiter-based scalar damage model. Computational Mechanics, 69, (2022), pp. 1323–1346.