A probabilistic approach to phase-field brittle and ductile fracture with random material and geometric properties is proposed within this work. In the macroscopic failure mechanics, materials properties and exactness of spatial quantities (of different phases in the geometrical domain) are assumed to be homogeneous and deterministic. This is unlike the lower-scale with strong fluctuation in the material and geometrical properties. Such a response is approximated through some uncertainty in the model problem. The presented contribution is devoted to providing a mathematical framework for modeling uncertainty through stochastic analysis of a microstructure undergoing brittle/ductile failure. Hereby, the proposed model employs various representative volume elements with random distribution of stiff-inclusions and voids within the composite structure. We develop an allocating strategy to allocate the heterogeneities and generate the corresponding meshes in two- and three-dimensional cases. Then the Monte Carlo finite element technique is employed for solving the stochastic PDE-based model and approximate the expectation and the variance of the solution field of brittle/ductile failure by evaluating a large number of samples. For the prediction of failure mechanisms, we rely on the phase-field approach which is a widely adopted framework for modeling and computing the fracture phenomena in solids. Incremental perturbed minimization principles for a class of gradient-type dissipative materials are used to derive the perturbed governing equations. This analysis enables us to study the highly heterogeneous microstructure and monitor the uncertainty in failure mechanics. Several numerical examples are given to examine the efficiency of the proposed method.


翻译:在这项工作中,提议了以随机材料和几何特性的随机材料和内脏断裂的概率方法。在宏观失灵机理学中,材料特性和空间数量(几何域不同阶段)的精确度假定为均匀和确定性。这不同于低尺度,物质和几何特性波动很大。这种反应通过模型问题中的某些不确定性进行大致的。提出的贡献是提供一个数学框架,通过对正在发生易碎/内脏故障的微结构进行随机分析来模拟不确定性。在此处,拟议的模型采用各种具有代表性的体积元素,随机分布僵硬包容和综合结构内的空隙。我们制定一种分配战略,分配异质性和在二维和三维特性中产生相应的中间线。然后,采用蒙特卡洛限要素技术来解决基于模型的偏差性,并估计正在通过评估大量样品的内脏/内软性缺陷的解决方案领域的预期和差异。在模型中,我们广泛使用递解性模型的递增性分析方法,用以预测采用递增性阶段的方法。我们使用一种递增性模型的递增性方法,用以预测一种递增性模型的递增性方法,用以计算。

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