功能梯度材料裂纹扩展的相场模拟

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功能梯度材料裂纹扩展的相场模拟

Hirshikesh, S. Natarajana, R.K. Annabattula, E. Martínez-Pañeda

复合材料部分:工程169,pp 239-248 (2019)

提出了一种功能梯度材料(fgm)断裂的相场公式。该模型建立在均匀化理论的基础上，考虑了弹性和断裂性能的空间变化。几个典型的案例研究被解决，以证明所提出的建模框架的潜力。具体来说，我们(i)通过在广泛的材料级配轮廓和方向上进行数值实验来深入了解fgm的裂纹扩展阻力，(ii)准确地重现在梯度光降解共聚物和玻璃填充环氧fgm中观察到的裂纹轨迹，(iii)用替代数值方法的结果对我们的预测进行基准测试，以及(iv)模拟三维功能梯度固体中的复杂裂纹路径和破坏。证明了相场断裂方法在捕捉由于材料梯度引起的裂纹尖端模式混合所固有的裂纹挠度方面的适用性。确定了防止不稳定断裂和增强抗裂纹扩展能力的材料梯度曲线，为抗断裂fgm的设计提供了基础。开发的有限元代码可以从www.empaneda.com/codes．