Phase field fracture models have seen widespread application in the last decade. Among these applications, its use to model the evolution of fatigue cracks has attracted particular interest, as fatigue damage behaviour can be predicted for arbitrary loading histories, dimensions and complexity of the cracking phenomena at play. However, while cycle-by-cycle calculations are remarkably flexible, they are also computationally expensive, hindering the applicability of phase field fatigue models for technologically-relevant problems. In this work, a computational framework for accelerating phase field fatigue calculations is presented. Two novel acceleration strategies are proposed, which can be used in tandem and together with other existing acceleration schemes from the literature. The computational performance of the proposed methods is documented through a series of 2D and 3D boundary value problems, highlighting the robustness and efficiency of the framework even in complex fatigue problems. The observed reduction in computation time using both of the proposed methods in tandem is shown to reach a speed-up factor of 32, with a scaling trend enabling even greater reductions in problems with more load cycles.


翻译:相场断裂模型在过去十年中得到了广泛应用。其中,模拟疲劳裂纹演化的应用尤其引人关注,因为该方法能够针对任意加载历史、裂纹现象的维度和复杂程度预测疲劳损伤行为。然而,尽管逐周期计算非常灵活,但其计算成本高昂,这阻碍了相场疲劳模型在技术相关实际问题中的应用。本研究提出了一个加速相场疲劳计算的计算框架。我们提出了两种新的加速策略,这两种策略可以协同使用,并与文献中已有的其他加速方案结合。通过一系列二维和三维边值问题,我们记录了所提方法的计算性能,突显了该框架在复杂疲劳问题中的鲁棒性和效率。结果表明,两种方法协同使用可实现高达32倍的加速比,且其扩展趋势表明,在加载周期更多的问题中可实现更高的加速比。

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