基于COMSOL的脆性材料相场断裂模型

来源：计算力学学报杂志2023年第2期北京时间：

作者：张文兵,沈振中,徐力群,张宏伟,甘磊,李舸航

单位：上海海事大学 海洋科学与工程学院, 上海 201306,河海大学 水利水电学院, 南京 210098,河海大学 水利水电学院, 南京 210098,河海大学 水利水电学院, 南京 210098,河海大学 水利水电学院, 南京 210098,河海大学 水利水电学院, 南京 210098,上海市堤防泵闸建设运行中心, 上海 200080

摘要：相场法通过一系列微分方程描述材料断裂过程,避免了繁琐的裂纹面追踪,在模拟裂纹的萌生、扩展和分叉等方面具有优势。介绍了基于相场法的脆性材料断裂模型,给出了脆性材料断裂问题相场法控制方程的推导过程,提出了基于分步迭代法在COMSOL中实现脆性材料相场断裂模型的方法。再现了脆性材料单元模型和单边缺口平板受拉及受剪作用下的开裂过程,模拟的裂纹扩展路径与已有文献的结果相近,验证了程序的合理性。针对脆性材料相场断裂模型包含的诸多参数,采用Morris法对影响荷载-位移关系的脆性材料断裂模型参数进行了全局敏感性分析,结果表明,杨氏模量(E)、临界能量释放率(Gc)和位移增量(Δux)是影响模型荷载-位移关系输出结果的主要参数。基于COMSOL实现的相场断裂模型能够有效模拟脆性材料的裂纹萌生和扩展断裂过程,模型参数E,Gc和Δux对材料断裂性能的提升或模型参数反演效率的提高具有重要影响。

关键词：脆性材料,相场法,COMSOL,数值模拟,敏感性分析,

基金资助：国家自然科学基金(52179130;42177129);上海市"科技创新行动计划"启明星项目(扬帆专项)(23YF1416100)资助项目.