Challenge to predict elaborate failures of structures using a novel multiscale-multistage fracture theory

使用新型多尺度多级断裂理论预测结构的复杂失效的挑战

• 批准号: 22KJ0233
• 负责人: 韓 霽珂
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0233/
• 关键词: 損傷モデル; 有限被覆法; マルチステージ; マルチスケール; 破壊

本年度は，大変形や部材分離に伴う大回転問題を考慮した，破壊力学及び損傷力学の利点を併せ持つ遷移理論を構築した．まず，連続体力学における有限変形の枠組みにおいて，任意き裂の発生・進展・分岐をエネルギー最小化問題の解として予測する「phase-fieldき裂モデル（PFモデル）」の定式化を行った．PFモデルは任意き裂進展問題をエネルギーベースで議論できる一方で，不連続き裂面を正則化して 連続的な損傷領域として表現するため，構造物の崩壊で想定される部材の分離を表現することが不可能であったため，定式化したPFモデルに，場の不連続問題の記述を得意とする「有限被覆法」の概念を統合し，遷移理論を構築した．これにより，任意き裂進展問題はエネルギー最小化問題の解として予測する一方で，そのき裂経路は不連続なき裂面として記述される遷移理論が完成した．定式化した遷移理論をインハウスの有限要素プログラムへの実装を行った．PFモデルの実装は通常の材料サブルーチンと同等の手順で行う 一方，数学被覆および物理被覆の実装は有限要素法の要素アセンブリアルゴリズムを大きく変更する必要があったため，まずは2次元問題の実装を行った．提案手法は一つの荷重増分ステ ップ間の非平衡状態中に進展するき裂進展を追随してシミュレートすることが可能であり，モード1やモード2破壊試験などのベンチマークを含んだ数値シミュレーションを実施し，提案手法の性能や妥当性の確認を行った．研究成果の報告および本研究に関わる破壊理論や計算手法の情報収集のために，国内学会2件（応用力学シンポジウム，計算工学講演会）および国際学会2件（WCCM,EFEM）への出張を行った．また，本研究を遂行するにあたり，同分野の専門書籍による学習を通じて専門性の理論基盤を修得した．

今年，已经建立了一种过渡理论，该理论结合了破坏性和受伤动态的优势，考虑到与大变形和零件分离相关的大型和大旋转问题。首先，在连续体强的有限变形的框架中，“相位结模型（PF模型）”的公式预测了分裂的发生，进度和分支，以解决能量的最小化。 ，设置。尽管PF模型可以在能量的基础上讨论任意裂缝的发育，但它表达了通过结构崩溃来表达的组件，以表达停止的表面是规则的，并且是连续损害区域的表达。涂层方法“擅长描述该领域的不连续问题，已集成到公式化的PF模型中，并建立了过渡理论。结果，已预测的过渡理论是完成了能量最小化的方法，而过渡理论被描述为不连续的裂纹。既定的过渡理论是在“室内有限元”计划中实施的。 PF模型的实现与正常材料子例程相同的过程，并且需要将数学涂料和物理涂料实现大大更改为法律的元素ashrialgorithm，因此我们首先实施了两个维度问题。该建议方法可以模拟在一个负载增量之间以非平衡状态进行的破裂发展，并进行了包含模式1和模式2毁灭性测试的数值模拟。提案方法。为了报告与这项研究有关的有关破坏理论和计算方法的信息，我们进行了两个国内社会的业务旅行（应用机械研讨会，计算工程讲座）和两个国际会议（WCCM，EFEM）。在进行这项研究时，我们通过该领域的专业书籍学习了专业的理论基础。

项目成果

Gradient damage model for ductile fracture introducing degradation of damage hardening modulus: implementation and experimental investigations.

引入损伤硬化模量退化的韧性断裂梯度损伤模型：实施和实验研究。

• DOI: 10.1007/s10704-022-00681-9
• 发表时间: 2023
• 期刊: International Journal of Fracture
• 影响因子: 2.5
• 作者: Han;J.;Matsubara;S.;Nishi;S.;Takada;K.;Muramatsu;M.;Omiya;M.;Ogawa;K.;Oide;K.;Kobayashi;T.;Murata;M.;Moriguchi;S.;Terada;K.
• 通讯作者: K.

A variational formulation of crack phase-field modeling for ductile fracture equipped two damage variables

配备两个损伤变量的延性断裂裂纹相场建模的变分公式

• 发表时间: 2022
• 作者: Min Ye;Yu-You Li;韓 霽珂，松原 成志朗，森口 周二，寺田 賢二郎
• 通讯作者: 韓 霽珂，松原 成志朗，森口 周二，寺田 賢二郎