This study evaluates four fracture simulation methods, comparing their computational expenses and implementation complexities within the Finite Element (FE) framework when employed on multiphase materials. Fracture methods considered encompass the Cohesive Zone Model (CZM) using zero-thickness cohesive interface elements (CIEs), the Standard Phase-Field Fracture (SPFM) approach, the Cohesive Phase-Field fracture (CPFM) approach, and an innovative hybrid model. The hybrid approach combines the CPFM fracture method with the CZM, specifically applying the CZM within the interface zone. The finite element model studied is characterized by three specific phases: Inclusions, matrix, and interface zone. The thorough assessment of these modeling techniques indicates that the CPFM approach stands out as the most effective computational model provided that the thickness of the interface zone is not significantly smaller than that of the other phases. In materials like concrete the interface thickness is notably small when compared to other phases. This leads to the hybrid model standing as the most authentic finite element model, utilizing CIEs within the interface to simulate interface debonding. A significant finding from this investigation is that the CPFM method is in agreement with the hybrid model when the interface zone thickness is not excessively small. This implies that the CPFM fracture methodology may serve as a unified fracture approach for multiphase materials, provided the interface zone's thickness is comparable to that of the other phases. In addition, this research provides valuable insights that can advance efforts to fine-tune material microstructures. An investigation of the influence of the interface material properties, morphological features and spatial arrangement of inclusions showes a pronounced effect of these parameters on the fracture toughness of the material.


翻译:本研究评估了四种断裂模拟方法,对比了它们在有限元框架下应用于多相材料时的计算成本与实现复杂度。所考虑的断裂方法包括:采用零厚度内聚界面单元的黏聚区模型、标准相场断裂方法、黏聚相场断裂方法及一种创新的混合模型。该混合方法将CPFM断裂方法与CZM相结合,专门在界面区域应用CZM。研究的有限元模型包含三个特定相:夹杂相、基体相和界面相。对这些建模技术的全面评估表明,当界面相厚度与其他相厚度相比不显著偏小时,CPFM方法是最有效的计算模型。在混凝土等材料中,界面厚度与其他相相比明显偏小,这导致混合模型成为最真实的有限元模型——即在界面区域采用CIEs模拟界面脱粘。本研究的一个重要发现是:当界面相厚度不过小时,CPFM方法与混合模型结果一致。这意味着,只要界面相厚度与其他相厚度相当,CPFM断裂方法可作为多相材料的统一断裂方法。此外,本研究为优化材料微观结构提供了重要见解。对界面材料属性、夹杂物形态特征及空间排布影响的探究表明,这些参数对材料断裂韧性具有显著影响。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
10+阅读 · 6月15日
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员