Mô phỏng sự lan truyền vết nứt trong kết cấu nhiều pha vật liệu bằng phương pháp phase field có xét tới hư hỏng mặt phân giới giữa các pha

  • Vũ Bá Thành

    Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
  • Trần Anh Tuấn

    Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
  • Nguyễn Đình Hải

    Trường Đại học Giao thông vận tải, Số 3 Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam
Email: thanhvb@utc.edu.vn
Từ khóa: Phương pháp phase field, vết nứt, hàm con bổ sung, kết cấu nhiều pha, hư hỏng mặt phân giới.

Tóm tắt

Trong những năm gần đây, phương pháp phase field là một công cụ mô phỏng đáng tin cậy và hiệu quả để dự đoán hư hỏng trong kết cấu chứa các loại vật liệu xây dựng. Trong kết cấu nhiều pha vật liệu, hình dạng mặt phân giới giữa các pha thường rất phức tạp, điều này gây khó khăn trong việc xác định ranh giới của các pha này dẫn tới kết quả mô phỏng không chính xác. Do đó, mục tiêu của bài báo này: (i) sử dụng phương pháp phase field để mô phỏng sự hình thành và lan truyền vết nứt trong kết cấu chứa nhiều pha vật liệu với sự tương tác giữa hư hỏng trong nội tại các pha (mô tả bằng biến phase field d) và hư hỏng mặt phân giới của các pha (đại điện bằng biến phase field bổ sung ); (ii) xây dựng một hàm con bổ sung xử lý các định dạng ảnh của kết cấu với mỗi màu đại diện cho một pha vật liệu, dựa trên nguyên lý một màu sẽ có một dải số đại diện để xác định hình dạng mặt phân giới. Các kết quả đạt được của bài báo này cho thấy phương pháp phase field hiện tại kết hợp với hàm con bổ sung có thể mô phỏng chính xác hư hỏng của kết cấu chứa nhiều pha vật liệu thành phần.

Tài liệu tham khảo

[1]. C. Miehe, M. Hofacker, F. Welschinger, A phase field model for rate-independent crack
propagation: robust algorithmic implementation based on operator splits, Comput. Methods
Appl. Mech. Eng, 199 (2010) 2765-2778. https://doi.org/10.1016/j.cma.2010.04.011
[2]. T.T. Nguyen, J. Yvonnet, Q.Z. Zhu, M. Bornert, C. Chateau, A phase field method to simulate
crack nucleation and propagation in strongly heterogeneous materials from direct imaging of
their microstructure, Eng. Fract. Mech, 139 (2015) 18-39. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.03.045
[3]. T.T. Nguyen, J. Rethore, M.C. Bainetto, Phase field modelling of anisotropic crack propagation, Eur. J. Mech. A/Solids, 65 (2017) 279-288. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2017.05.002
[4]. Vũ Bá Thành, Ngô Văn Thức, Bùi Tiến Thành, Trần Thế Truyền, Đỗ Anh Tú, Mô phỏng sự hình thành và lan truyền vết nứt trong dầm bê tông cường độ cao có chất kết dính bổ sung nano-silica bằng phương pháp phase field, Tạp chí khoa học Giao thông vận tải, 72 (2021) 672-686. https://doi.org/10.47869/tcsj.72.6.1
[5]. Y.S. Wang, G.Y. Huang, D. Gross, On the mechanical modeling of functionally graded interfacial zone with a griffith crack: plane deformation, J. Appl. Mech, 70 (2003) 676-680. https://doi.org/10.1115/1.1598476
[6]. G.I. Barenblatt, The formation of equilibrium cracks during brittle fracture. General ideas and hypotheses. Axially-symmetric cracks, J. Appl. Math. Mech, 23 (1959) 622–636.
[7]. D.S. Dugdale, Yielding of steel sheets containing slits, J. Mech. Phys. Solids, 8 (1960) 100–104. https://doi.org/10.1016/0022-5096(60)90013-2
[8]. A. Needleman, A continuum model for void nucleation by inclusion debonding, J. Appl. Mech, 54 (1987) 525–531. https://doi.org/10.1115/1.3173064
[9]. V. Tvergaard, J.W. Hutchinson, The influence of plasticity on mixed mode interface toughness, J. Mech. Phys. Solids, 41 (1993) 1119–1135. https://doi.org/10.1016/0022-5096(93)90057-M
[10]. G.T. Camacho, M. Ortiz, Computational modelling of impact damage in brittle materials, Int. J. Solids Struct, 33 (1996) 2899–2938. https://doi.org/10.1016/0020-7683(95)00255-3
[11]. T.T. Nguyen, J. Yvonnet, Q.Z. Zhu, M. Bornert, C. Chateau, A phase-field method for
computational modeling of interfacial damage interacting with crack propagation
in realistic microstructures obtained by microtomography, Comput. Methods Appl.
Mech. Eng, 312 (2016) 567–95. https://doi.org/10.1016/j.cma.2015.10.007
[12]. G.A. Francfort, J.J. Marigo, Revisiting brittle fracture as an energy minimization problem, J.
Mech. Phys. Solids, 46 (1998) 1319-1342. https://doi.org/10.1016/S0022-5096(98)00034-9
[13]. C.V. Verhoosel, R. de Borst, A phase-field model for cohesive fracture, Internat. J. Numer. Methods Engrg, 96 (2013) 43–62. https://doi.org/10.1002/nme.4553
[14]. Phần mềm Matlab 2014b. https://www.mathworks.com

Tải xuống

Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
16/07/2021
Nhận bài sửa
27/09/2021
Chấp nhận đăng
01/10/2021
Xuất bản
15/10/2021
Chuyên mục
Công trình khoa học