Peridynamics (PD), as a nonlocal theory, is well-suited for solving problems with discontinuities, such as cracks. However, the nonlocal effect of peridynamics makes it computationally expensive for dynamic fracture problems in large-scale engineering applications. As an alternative, this study proposes a multi-time-step (MTS) coupling model of PD and classical continuum mechanics (CCM) based on the Arlequin framework. Peridynamics is applied to the fracture domain of the structure, while continuum mechanics is applied to the rest of the structure. The MTS method enables the peridynamic model to be solved at a small time step and the continuum mechanical model is solved at a larger time step. Consequently, higher computational efficiency is achieved for the fracture domain of the structure while ensuring computational accuracy, and this coupling method can be easily applied to large-scale engineering fracture problems.


翻译:近场动力学(Peridynamics, PD)作为一种非局部理论,在处理裂纹等不连续问题时具有显著优势。然而,其非局部特性导致在大规模工程动态断裂问题中的计算成本较高。为此,本研究基于Arlequin框架提出了一种近场动力学与经典连续介质力学(Classical Continuum Mechanics, CCM)的多时间步(Multi-Time-Step, MTS)耦合模型。该方法将近场动力学应用于结构的断裂区域,而对结构其余部分采用连续介质力学方法。MTS方法允许近场动力学模型采用较小的时间步长进行求解,而连续介质力学模型可采用较大的时间步长。由此,在保证计算精度的前提下,实现了对结构断裂区域更高的计算效率,且该耦合方法可便捷地应用于大规模工程断裂问题。

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