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多裂纹扩展的近场动力学方法研究进展
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作者 岳熙 蒋宏婉 +2 位作者 袁森 罗卫东 周小容 《工具技术》 北大核心 2023年第5期3-11,共9页
材料的多裂纹扩展是一种不连续、不规则且复杂的现象。传统连续介质理论解决裂纹扩展问题是基于连续性假设并采用空间微分方程计算模型,在计算时由于裂纹的不连续性而导致奇异性、效率低和精度低。近场动力学方法基于非连续性思想建模,... 材料的多裂纹扩展是一种不连续、不规则且复杂的现象。传统连续介质理论解决裂纹扩展问题是基于连续性假设并采用空间微分方程计算模型,在计算时由于裂纹的不连续性而导致奇异性、效率低和精度低。近场动力学方法基于非连续性思想建模,根据求解空间积分方程描述物质点运动,求解时不会带来奇异性、效率低和精度低等问题,使用此方法研究裂纹扩展将给求解和建模带来优势。本文概述了近场动力学的理论来源、基本理论框架和理论的演化,综述了近场动力学方法应用于脆性金属材料、陶瓷材料和复合材料的多裂纹扩展问题,并对近场动力学方法在硬质合金刀具绿色高效切削航空航天难加工材料方面的发展趋势进行展望。 展开更多
关键词 近场动力学 硬质合金刀具 多裂纹扩展 断裂
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页岩体多裂纹扩展竞争研究进展
2
作者 吴宁 《科技创新与应用》 2023年第27期12-14,19,共4页
岩石多裂纹扩展竞争是一个重要的岩石力学问题,涉及到地质灾害预测、岩石采矿和地质储层开发等方面。该文将介绍页岩多裂纹扩展竞争的研究现状,包括理论研究、实验研究以及数值模拟研究。
关键词 页岩 多裂纹扩展 裂纹竞争 水力压裂 研究进展
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多裂纹扩展的数值流形法 被引量:17
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作者 徐栋栋 郑宏 +1 位作者 杨永涛 邬爱清 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期471-481,共11页
数值流形法的求解体系建立在两套覆盖(包括数学覆盖和物理覆盖)和接触环路的基础之上,实现了对连续和非连续问题的统一求解.在处理裂纹问题时,数学覆盖无需与裂纹重合,方便岩体破坏过程的模拟.通过在裂纹尖端影响区域内的物理片上增加... 数值流形法的求解体系建立在两套覆盖(包括数学覆盖和物理覆盖)和接触环路的基础之上,实现了对连续和非连续问题的统一求解.在处理裂纹问题时,数学覆盖无需与裂纹重合,方便岩体破坏过程的模拟.通过在裂纹尖端影响区域内的物理片上增加用于模拟应力奇异性的增强位移函数,发展了扩展的数值流形法.在此基础上,提出一种多裂纹扩展的控制算法,并给出了裂纹扩展过程中材料体的整体响应.针对典型的线弹性断裂力学问题,给出的数值算例表明所建议的方法是正确有效的. 展开更多
关键词 数值流形法 物理覆盖 数学覆盖 接触环路 多裂纹扩展 随机裂纹 三条分叉裂纹
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基于数值流形法的重力坝多裂纹扩展研究 被引量:5
4
作者 徐栋栋 杨永涛 +1 位作者 郑宏 邬爱清 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期3598-3607,共10页
传统数值流形法(NMM)在处理非连续变形问题时,仅限于几何构型不发生破坏的情况。针对这一不足,通过在裂纹尖端附近的物理片上增加用于模拟应力奇异性的增强位移函数,进一步发展了可用于几何构型破坏的扩展的高阶NMM。然后,将其应用到重... 传统数值流形法(NMM)在处理非连续变形问题时,仅限于几何构型不发生破坏的情况。针对这一不足,通过在裂纹尖端附近的物理片上增加用于模拟应力奇异性的增强位移函数,进一步发展了可用于几何构型破坏的扩展的高阶NMM。然后,将其应用到重力坝由连续到非连续的破坏过程分析中。首先,针对一含单裂纹的重力坝模型进行了敏感性分析,结果表明,在不同的扩展长度或网格密度下,其扩展路径基本相同且与文献结果保持一致。进而在此模型基础上又开展了多裂纹扩展分析,结果仅一条主导裂纹发生扩展,与文献结果基本一致。最后,针对印度的Koyna重力坝,通过设置不同的漫顶高度研究了其裂纹扩展路径的变化。结果表明,随着漫顶高度的增大,裂纹扩展路径逐渐趋向于水平方向扩展,而且坝体抵抗破坏的能力逐渐减弱。总体表明,NMM在求解实际工程问题时具有很好的数值稳定性和鲁棒性。 展开更多
关键词 数值流形法 数学覆盖 物理覆盖 多裂纹扩展 Koyna重力坝 漫顶高度
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多裂纹扩展分析的边界元方法 被引量:10
5
作者 秦飞 岑章志 杜庆华 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2002年第4期431-438,共8页
采用边界元数值模拟和即时等效材料常数计算相结合的办法 ,只需模拟一个裂纹的扩展情况便可预测裂纹体的整体响应 .针对准脆性材料的特点 ,采用粘性裂纹模型模拟裂纹开裂行为 ;采用二次裂纹扩展量作为增量控制变量 ,避免了软化及失稳分... 采用边界元数值模拟和即时等效材料常数计算相结合的办法 ,只需模拟一个裂纹的扩展情况便可预测裂纹体的整体响应 .针对准脆性材料的特点 ,采用粘性裂纹模型模拟裂纹开裂行为 ;采用二次裂纹扩展量作为增量控制变量 ,避免了软化及失稳分析中用力或位移作控制变量时遇到的困难 .针对二次裂纹扩展路径未知情况 ,给出了预测和修正裂纹开裂界面的迭代技术 .分析计算了含多个规则分布裂纹石膏板受压时的响应 ,并与实验结果进行了比较 .结果表明该文方法的可行性与有效性 . 展开更多
关键词 边界元 等效材料常数 多裂纹扩展 粘性裂纹模型 混凝土
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多裂纹扩展有限元程序开发 被引量:1
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作者 郑敏荣 朱健斌 《石油化工设备》 CAS 2001年第6期14-17,共4页
编制了裂纹扩展下的 J积分二维有限元计算程序 ,对受拉单 (双 )裂纹中心裂纹板启裂、稳定扩展直至失稳的全过程进行计算机模拟 ,并且对其失效特征与规律进行了初步探讨。
关键词 多裂纹扩展 有限元 程序开发 J积分 压力容器
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脆性多裂纹扩展问题的近场动力学建模分析 被引量:8
7
作者 秦洪远 刘一鸣 黄丹 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期497-503,共7页
针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学(PD)理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构... 针对脆性多裂纹扩展问题,基于近场动力学(PD)理论开展本构建模与数值方法研究.在常规微弹脆性本构模型基础上引入物质点对的转动,同时在本构力模型中增加能够反映物质点间长程力尺寸效应的核函数,提高计算精度、效率和结果的稳定性.构建能够以统一的模型和算法自然模拟脆性多裂纹扩展全过程的PD数值体系.通过定量分析确定最佳近场尺寸及核函数,通过双裂纹巴西圆盘和多裂纹脆性板的破坏过程模拟验证所提模型和算法,结果表明:改进型PD模型和数值方法可以定性、定量分析脆性多裂纹扩展问题.模拟单轴拉伸荷载作用下双裂纹脆性板的裂纹扩展过程,得到了初始裂纹分布情况对结构破坏形式和承载能力的影响规律. 展开更多
关键词 多裂纹扩展 脆性破坏 近场动力学(PD) 非局部模型 核函数
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岩体多裂纹扩展演化过程数值流形方法研究 被引量:7
8
作者 韩智铭 刘庆宽 +2 位作者 王雪 谭超 高一帆 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第S01期7-13,共7页
岩体中含有大量节理、裂隙、断层等各类结构面,结构面在应力作用下的扩展与贯通是导致岩体破坏的重要原因。数值流形方法(NMM)可以有效模拟连续和非连续问题,然而,其在多裂纹动态扩展的模拟方面仍处于探索阶段。该文以线弹性断裂力学原... 岩体中含有大量节理、裂隙、断层等各类结构面,结构面在应力作用下的扩展与贯通是导致岩体破坏的重要原因。数值流形方法(NMM)可以有效模拟连续和非连续问题,然而,其在多裂纹动态扩展的模拟方面仍处于探索阶段。该文以线弹性断裂力学原理为基础,提出了一种基于高阶数值流形方法的多裂纹扩展模拟算法。通过在基函数中增加关键项来考虑裂纹尖端位移场的奇异性;裂纹尖端的应力强度因子则采用了J积分来计算;Ⅰ型-Ⅱ型混合裂纹的开裂和扩展方向依据最大周向拉应力准则来判断;采用假设-修正的多裂纹扩展算法解决了多裂纹的扩展问题。根据强化后的基函数,对于不符合单纯形积分形式的被积函数,采用了泰勒级数展开式计算近似解。通过多个静态裂纹扩展的经典问题的数值模拟对计算方法的合理性和计算精度及进行了验证。 展开更多
关键词 多裂纹扩展 数值流形方法 断续节理 应力强度因子 J积分
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预制裂纹几何与材料属性对岩石裂纹扩展的影响研究 被引量:41
9
作者 潘鹏志 丁梧秀 +2 位作者 冯夏庭 姚华彦 周辉 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1882-1889,共8页
采用岩石破裂过程的弹塑性细胞自动机模拟系统EPCA2D,研究含预制裂纹岩石试件裂隙的几何位置以及基质材料力学属性的差异对裂纹扩展和搭接的影响。模拟中采用弱化元胞单元来表征试件中存在的预制裂纹,用Weibull随机分布对岩石基质元胞... 采用岩石破裂过程的弹塑性细胞自动机模拟系统EPCA2D,研究含预制裂纹岩石试件裂隙的几何位置以及基质材料力学属性的差异对裂纹扩展和搭接的影响。模拟中采用弱化元胞单元来表征试件中存在的预制裂纹,用Weibull随机分布对岩石基质元胞单元的力学参数进行赋值,以反映作为岩石基质一部分的岩桥的非均质性。表征预制裂纹的弱化元胞单元服从理想弹塑性本构关系,基质元胞单元服从弹脆塑性本构关系。利用该方法对含有2或3条裂纹的岩石试件进行单轴压缩破裂过程模拟,再现裂纹起裂、扩展和搭接全过程的实验现象。结果表明,预制裂纹的倾角和岩桥倾角对裂纹的扩展和搭接有重要的影响。同时,考虑基质材料力学属性的差异,研究基质元胞单元力学性质的随机空间分布和不同的内摩擦角等情况下的裂纹扩展模式,结果表明,裂纹的扩展和搭接路径强烈依赖于材料的力学属性,从机制上解释了室内实验中裂纹扩展路径离散性的原因。 展开更多
关键词 岩石力学 弹塑性细胞自动机 多裂纹扩展和搭接 非均质性 全过程应力-应变曲线 声发射
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双轴压缩试验下岩石裂纹扩展的离散元分析 被引量:38
10
作者 张社荣 孙博 +1 位作者 王超 严磊 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期3083-3091,共9页
基于颗粒离散元理论,研究含2条预制裂纹的Hwangdeung花岗岩在双轴压缩试验下的裂纹扩展及破坏模式。研究结果表明:围压对岩石裂纹扩展及破坏模式有显著影响;水平预制裂纹对倾斜预制裂纹的保护作用随着围压的增大而增强;且倾角越大,水平... 基于颗粒离散元理论,研究含2条预制裂纹的Hwangdeung花岗岩在双轴压缩试验下的裂纹扩展及破坏模式。研究结果表明:围压对岩石裂纹扩展及破坏模式有显著影响;水平预制裂纹对倾斜预制裂纹的保护作用随着围压的增大而增强;且倾角越大,水平预制裂纹的保护作用越明显;当预制裂纹倾角α≤75°时,试验停止时微裂纹数目随围压的增加而增大;而当预制裂纹倾角α=90°时,微裂纹数目先增大后减小;试样的起裂应力都随着围压的增加而增大(除α=75°);试样的峰值强度也均随着围压的增大而增大;预制裂纹倾角不同,围压对试样的起裂应力和峰值强度的影响程度不同;相同围压下,不同预制裂纹倾角试样的起裂应力和峰值强度的大小关系无明显规律,而与其具体破坏模式有关;整体来看,当预制裂纹倾角α=60°时,围压对岩体力学特性影响最大。 展开更多
关键词 岩石力学 离散元 多裂纹扩展和搭接 破坏模式 起裂应力 双轴压缩
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基于改进型近场动力学方法的多裂纹扩展分析 被引量:16
11
作者 秦洪远 黄丹 +1 位作者 刘一鸣 章青 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期31-38,共8页
在非局部键型近场动力学理论基础上,提出了能够反映混凝土、岩石类材料力学特性和非局部长程力尺寸效应的改进型近场动力学微极模型,弥补常规微观弹脆性(Prototype Microelastic Brittle,PMB)键型近场动力学本构模型的应用范围限制和定... 在非局部键型近场动力学理论基础上,提出了能够反映混凝土、岩石类材料力学特性和非局部长程力尺寸效应的改进型近场动力学微极模型,弥补常规微观弹脆性(Prototype Microelastic Brittle,PMB)键型近场动力学本构模型的应用范围限制和定量计算误差大等缺陷,并构建了相应的适合于模拟脆性多裂纹扩展问题的近场动力学算法体系。通过对不同核函数修正项对应的近场动力学定量计算结果进行比较,验证了改进型近场动力学模型和数值算法的计算精度并确定了精度最高的核函数修正项;模拟双裂纹脆性板受压和随机多裂纹脆性板受拉的裂纹扩展全过程并与已有结果对比,进一步验证了模型和算法在模拟多裂纹扩展问题时的可靠性。分析了含多裂纹三点弯梁的起裂和裂纹失稳扩展过程,并研究了裂纹初始倾角、初始长度等因素对构件破坏形式和破坏荷载的影响规律。 展开更多
关键词 断裂力学 多裂纹扩展 近场动力学 非局部 破坏模拟
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高速列车锻钢制动盘多裂纹间作用机制研究 被引量:14
12
作者 石晓玲 李强 +1 位作者 薛海 赵方伟 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期36-41,共6页
针对高速列车锻钢制动盘在实际运用中出现的多裂纹问题,通过1∶1台架试验与有限元计算相结合的方法研究了制动盘多裂纹间的作用机制。依据制动盘1∶1台架试验结果发现,盘面裂纹的扩展具有一定的规律性。为进一步研究裂纹间的作用机制,... 针对高速列车锻钢制动盘在实际运用中出现的多裂纹问题,通过1∶1台架试验与有限元计算相结合的方法研究了制动盘多裂纹间的作用机制。依据制动盘1∶1台架试验结果发现,盘面裂纹的扩展具有一定的规律性。为进一步研究裂纹间的作用机制,运用有限元方法计算了制动盘在3次连续200km/h紧急制动后的热应力。在此基础上,采用FRANC3D软件建立了制动盘盘面的裂纹模型,分析研究了制动盘裂纹前缘的应力强度因子及多裂纹间的作用机制。分析结果表明,主、副裂纹间的相互作用随着裂纹数量和空间位置的变化而变化,不同的深长比有不同的作用规律;径向裂纹数量越多,盘面裂纹扩展越慢,有效的延缓了制动盘的疲劳破坏。分析结果与制动盘1∶1台架试验时的作用规律相一致。 展开更多
关键词 制动盘 多裂纹扩展 作用参数 应力强度因子
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有限平板共线裂纹断裂过程的数值模拟和实验研究 被引量:1
13
作者 彭英 崔小朝 邱选兵 《中北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2017年第5期639-644,共6页
采用有限元数值模拟和光弹实验方法分析了各向同性材料共线多裂纹应力场及其强度参量.建立了有限弹性平板内三条共线裂纹计算模型,应用ABAQUS软件的VCCT方法分析计算各向同性材料共线裂纹的裂纹尖端的应力场、应变场分布规律及应力强度... 采用有限元数值模拟和光弹实验方法分析了各向同性材料共线多裂纹应力场及其强度参量.建立了有限弹性平板内三条共线裂纹计算模型,应用ABAQUS软件的VCCT方法分析计算各向同性材料共线裂纹的裂纹尖端的应力场、应变场分布规律及应力强度因子.并通过光弹实验实测了6061铝板共线裂纹试件的裂纹尖端的应力强度因子.研究结果表明,实验和数值模拟所得的应力云图相似,应力强度因子值基本一致,验证了提出的应力强度因子计算模型的有效性. 展开更多
关键词 多裂纹扩展 有限平板共线裂纹 应力强度因子 应力云图 光弹实验
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钢桥面板焊缝多疲劳裂纹耦合扩展试验 被引量:1
14
作者 鲁乃唯 戴歆文 +1 位作者 王鸿浩 罗媛 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期267-277,共11页
随着在役钢桥面板老龄化进程,顶板焊缝处疲劳裂纹大量萌生并持续扩展,诱发多裂纹间的耦合扩展与融合现象,形成的长裂纹是在役桥梁的重大安全隐患。为研究钢桥面板焊缝处近源多裂纹耦合扩展特性,制作了含初始缺陷的钢桥面板足尺模型,开... 随着在役钢桥面板老龄化进程,顶板焊缝处疲劳裂纹大量萌生并持续扩展,诱发多裂纹间的耦合扩展与融合现象,形成的长裂纹是在役桥梁的重大安全隐患。为研究钢桥面板焊缝处近源多裂纹耦合扩展特性,制作了含初始缺陷的钢桥面板足尺模型,开展了多裂纹耦合扩展试验研究,监测了裂尖的静态与动态热点应力,对比了裂纹近端点与远端点的扩展速率,捕捉了多裂纹间的耦合扩展行为。采用FRANC3D-ABAQUS交互技术模拟分析了多裂纹间的应力强度因子放大效应,对比分析了裂纹尺寸与深度对多裂纹耦合扩展速率的影响规律。试验与数值分析结果表明:多裂纹耦合效应主要作用于相邻裂纹尖端区域,耦合效应随着裂尖间距的缩小而持续增加;试验模型裂纹萌生初期的测点应力幅下降约15%,裂纹耦合阶段的近端点与远端点应力幅降幅分别为68.4%和21.6%,焊缝应力幅的衰减与裂纹扩展速率呈正相关,当裂纹贯穿顶板时焊趾处应力幅趋近于零;多裂纹之间的耦合效应随着裂纹深度的增加而趋于明显,形态比为a/c=1.5的裂纹耦合效应最明显,其交互因子达到1.169。 展开更多
关键词 桥梁工程 正交异性钢桥面板 模型试验 多裂纹耦合扩展 热点应力
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基于环路更新的物理覆盖和接触环路生成算法 被引量:3
15
作者 徐栋栋 杨永涛 +1 位作者 郑宏 邬爱清 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1865-1875,共11页
数值流形方法(NMM)实现了对连续和非连续问题的统一求解,但前提是必须能够正确地生成物理覆盖和接触环路。首先,针对几何形态保持固定不变的模型,阐述了物理覆盖和接触环路生成的整个过程。其中,重点介绍了搜索环路的算法,这也是NMM前... 数值流形方法(NMM)实现了对连续和非连续问题的统一求解,但前提是必须能够正确地生成物理覆盖和接触环路。首先,针对几何形态保持固定不变的模型,阐述了物理覆盖和接触环路生成的整个过程。其中,重点介绍了搜索环路的算法,这也是NMM前处理的核心算法。进而,基于更新物理片环路和接触环路的思想,提出了一种新颖的更贴近NMM本质的裂纹扩展时的物理覆盖和接触环路生成算法,理论上可适用于任意的裂纹扩展长度和允许裂纹尖端落在单元的任意位置,更大程度上摆脱了对于网格的依赖性。最后,通过一个多裂纹扩展算例证实了方法的鲁棒性和正确性。 展开更多
关键词 数值流形法 物理片 物理覆盖 数学片 数学覆盖 物理片环路 接触环路 多裂纹扩展
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Estimation of structure crack propagation based on multiple factors correction
16
作者 朱林 贾民平 +1 位作者 姜长城 张菀 《Journal of Southeast University(English Edition)》 EI CAS 2017年第1期39-45,共7页
By deriving the stress concentration factor of theestimation approach for residual fatigue life’ an estimationapproach for structure crack propagation based on multiplefactors correction is proposed. Then’ the quant... By deriving the stress concentration factor of theestimation approach for residual fatigue life’ an estimationapproach for structure crack propagation based on multiplefactors correction is proposed. Then’ the quantitativeexpression among the structure factor’ stress ratio’ loadingtype’ the manufacture processing factor and the crackpropagation is achieved. The proposed approach iimplemented in a case study for an instance structure’ and theinfluences of correction factors on the crack propagation areanalyzed. Meanwhile’ the probabilistic method based onWeibull distribution probability density function is selected toevaluate the precision of the corrected estimation approach’and the probability density of results is calculated by theprobability density function. It is shown that the resultsestimated by the corrected approach is more precise than thoseestimated by the fracture mechanics, and they are closer to thetest data. 展开更多
关键词 estimation study crack propagation multiple factor correction probability density function
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A generalized cover renewal strategy for multiple crack propagation in two-dimensional numerical manifold method 被引量:1
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作者 YU Chang-yi ZHENG Fei +1 位作者 GUO Bing-chuan LIU Qin-ya 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第8期2367-2381,共15页
Partition of unity based numerical manifold method can solve continuous and discontinuous problems in a unified framework with a two-cover system,i.e.,the mathematical cover and physical cover.However,renewal of the t... Partition of unity based numerical manifold method can solve continuous and discontinuous problems in a unified framework with a two-cover system,i.e.,the mathematical cover and physical cover.However,renewal of the topology of the two-cover system poses a challenge for multiple crack propagation problems and there are few references.In this study,a robust and efficient strategy is proposed to update the cover system of the numerical manifold method in simulation of multiple crack propagation problems.The proposed algorithm updates the cover system with a bottom-up process:1)identification of fractured manifold elements according to the previous and latest crack tip position;and 2)local topological update of the manifold elements,physical patches,block boundary loops,and non-persistent joint loops according to the scenario classification of the propagating crack.The proposed crack tracking strategy and classification of the renewal cases promote a robust and efficient cover renewal algorithm for multiple crack propagation analysis.Three crack propagation examples show that the proposed algorithm performs well in updating the cover system.This cover renewal methodology can be extended for numerical manifold method with polygonal mathematical covers. 展开更多
关键词 numerical manifold method multiple crack propagation physical cover renewal polygonal mathematical cover
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From monoscale to multiscale modeling of fatigue crack growth:Stress and energy density factor 被引量:8
18
作者 SIH G.C. 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2014年第1期39-50,共12页
The formalism of the earlier fatigue crack growth models is retained to account for multiscaling of the fatigue process that involves the creation of macrocracks from the accumulation of micro damage.The effects of at... The formalism of the earlier fatigue crack growth models is retained to account for multiscaling of the fatigue process that involves the creation of macrocracks from the accumulation of micro damage.The effects of at least two scales,say micro to macro,must be accounted for.The same data can thus be reinterpreted by the invariancy of the transitional stress intensity factors such that the microcracking and macrocracking data would lie on a straight line.The threshold associated with the sigmoid curve disappears.Scale segmentation is shown to be a necessity for addressing multiscale energy dissipative processes such as fatigue and creep.Path independency and energy release rate are monoscale criteria that can lead to unphysical results,violating the first principles.Application of monoscale failure or fracture criteria to nanomaterials is taking toll at the expense of manufacturing super strength and light materials and structural components.This brief view is offered in the spirit of much needed additional research for the reinforcement of materials by creating nanoscale interfaces with sustainable time in service.The step by step consideraton at the different scales may offer a better understanding of the test data and their limitations with reference to space and time. 展开更多
关键词 multiscale FATIGUE monoscale dualscale stress intensity energy density MACRO micro NANO spatial-temporal CRACK STABILITY sustaibale time
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Multiscale approach to micro/macro fatigue crack growth in 2024-T3 aluminum panel
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作者 SIH G.C. 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2014年第1期51-58,共8页
When two contacting solid surfaces are tightly closed and invisible to the naked eye, the discontinuity is said to be microscopic regardless of whether its length is short or long. By this definition, it is not suffic... When two contacting solid surfaces are tightly closed and invisible to the naked eye, the discontinuity is said to be microscopic regardless of whether its length is short or long. By this definition, it is not sufficient to distinguish the difference between a micro- and macro-crack by using the length parameter. Microcracks in high strength metal alloys have been known to be sev- eral centimeters or longer. Considered in this work is a dual scale fatigue crack growth model where the main crack can be mi- cro or macro but there prevails an inherent microscopic tip region that is damaged depending on the irregularities of the micro- structure. This region is referred to as the "micro-tip" and can be simulated by a sharp wedge with different angles in addition to mixed boundary conditions. The combination is sufficient to model microscopic entities in the form of voids, inclusions, precipitations, interfaces, in addition to subgrain imperfections, or cluster of dislocations. This is accomplished by using the method of "singularity representation" such that closed form asymptotic solutions can be obtained for the development of fa- tigue crack growth rate relations with three parameters. They include: (1) the crack surface tightness o-* represented by Cro/Cr~ = 0.3-0.5 for short cracks in region I, and 0.1-0.2 for long cracks in region II, (2) the micro/macro material properties reflected by the shear modulus ratio/1" (=,L/micro/]-/macro varying between 2 and 5) and (3) the most sensitive parameter d* being the micro-tip characteristic length d* (=d/do) whose magnitude decreases in the direction of region I ---~II. The existing fatigue crack growth data for 2024-T3 and 7075-T6 aluminum sheets are used to reinterpret the two-parameter da/dN=C(AK)n relation where AK has now been re-derived for a microcrack with surfaces tightly in contact. The contact force will depend on the mean stress ~m or mean stress ratio R as the primary parameter and on the stress amplitude era as the secondary parameter. 展开更多
关键词 MICROCRACK macrocrack microstructure SINGULARITY MULTISCALING scale shift micro/macro crack growth 7075-T6 and 2024-T3
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