A comprehensive anisotropic phase-field fracture formulation with a novel positive/negative projection scheme
本文提出了一种热力学一致的、单块求解的各向异性脆性断裂相场框架，该框架利用一种新颖的正/负投影方案来精确模拟复杂加载条件下与取向相关的裂纹扩展，并通过广泛的数值基准测试进行了验证，并通过 Abaqus 用户子程序实现。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是对下方论文的AI生成解释。它不是由作者撰写或认可的。如需技术准确性，请参阅原始论文。 阅读完整免责声明
想象一下你正在看着一块玻璃破碎。在现实世界中，裂纹是尖锐、锯齿状的线条，它们凭空出现并横扫整个表面，以不可预测的方式改变方向。长期以来，试图在计算机上精确预测这些裂纹的走向，就像是在风还在吹的时候试图绘制一张风暴的地图。工程师们必须猜测裂纹会从哪里开始，而且如果裂纹决定转弯，计算机程序往往会崩溃或停止运行，需要完全重启。这是一件大事，因为破碎的材料每年给世界造成数十亿美元的损失，而了解物体是如何破碎的，有助于我们建造更安全的桥梁、飞机和手机。
为了解决这个问题，科学家们发明了一个聪明的技巧，叫做“相场”（phase-field）法。与其试图画出一条尖锐、细长的线来代表裂纹，他们将裂纹想象成一团弥散开来的、模糊的云雾。你可以把它想象成滴入水中的一滴墨水：中心是深色的（完全破碎），边缘是浅色的（部分受损），其余部分是透明的（完全坚固）。这种“模糊裂纹”的方法让计算机能够处理扭曲、转向、分支和合并的裂纹，而无需在每次裂纹移动时都重新绘制地图。然而，这里有一个陷阱：这种方法有时会产生混乱。它会认为挤压材料（压缩）与拉开材料（拉伸）导致其破碎的可能性一样大，这在现实世界中是不合理的。你可以尽情挤压一块石头，它也不会像易拉罐那样裂开，但如果你拉它，它就会断裂。
这篇论文介绍了一种更聪明的方法来处理这种混乱，特别是针对那些根据受力方向表现不同的材料，比如木材或某些晶体。研究人员，来自田纳西大学的 Shank Kulkarni 及其团队，开发了一种“正/负投影”（Positive/Negative Projection）方案。你可以把这想象成一个特殊的过滤器，或者是一个俱乐部的保镖。当计算机计算试图破坏材料的能量时，这个过滤器会检查方向。如果能量是试图将材料拉开（正向/拉伸），保镖就会让它通过以造成损伤。但如果能量是试图将材料挤压（负向/压缩），保镖就会将其拦下，确保材料保持坚固。该团队在一种具有晶体结构（三方对称性）的材料计算机模拟中测试了这种新过滤器，结果发现，它能够根据材料的内部晶粒，正确预测裂纹如何起始、生长甚至改变方向，同时拒绝让材料在纯粹的挤压下发生破碎。他们通过在计算机上进行数百次测试验证了这一点，证明了他们的新方法是模拟复杂且具有方向敏感性的材料失效的一种可靠方式。
您所在领域的论文太多了？
获取与您研究关键词匹配的最新论文每日摘要——附技术摘要，使用您的语言。