数学 > 数值分析
[提交于 2025年7月1日
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标题: 正交各向异性断裂的计算洞察:非均匀载荷下应变限制材料中的裂纹尖端场
标题: Computational Insights into Orthotropic Fracture: Crack-Tip Fields in Strain-Limiting Materials under Non-Uniform Loads
摘要: 一个有限元框架被提出用于分析横观各向同性、应变限制弹性材料中的裂纹尖端现象。 机械响应由一个代数非线性的本构模型表征,该模型将应力与线性化应变相关联。 裂纹顶端的非物理应变奇异性得到缓解,确保应变幅度是有限的。 该方法显著推进了边界值问题(BVP)的公式化,特别是对于一阶近似理论。 对于具有裂纹的横观各向同性弹性固体,从线动量平衡和非线性本构模型导出的控制平衡方程被简化为二阶、向量值、拟线性椭圆BVP。 该BVP通过一种稳健的数值方案求解,该方案结合了Picard型线性化与连续Galerkin有限元方法进行空间离散化。 给出了各种加载条件下的数值结果,包括均匀拉伸、非均匀斜率和抛物线加载,并考虑了两种不同的材料纤维取向。 结果表明,裂纹尖端应变的增长明显低于应力的增长。 然而,发现应变能密度集中在裂纹尖端,这与线弹性断裂力学原理一致。 所提出的框架为制定物理上有意义的严格BVP提供了稳健的基础,这对于在不同加载条件下研究各向异性、应变限制弹性固体中的基本过程(如裂纹扩展、损伤和成核)至关重要。
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