A novel FFT-based phase-field fracture framework for modelling fatigue crack initiation and propagation at the microscale is presented. A damage driving force is defined based on the stored energy and dislocation density, relating phase-field fracture with microstructural fatigue damage. The formulation is numerically implemented using FFT methods to enable modelling of sufficiently large, representative 3D microstructural regions. The early stages of fatigue cracking are simulated, predicting crack paths, growth rates and sensitivity to relevant microstructural features. Crack propagation through crystallographic planes is shown in single crystals, while the analysis of polycrystalline solids reveals transgranular crack initiation and crystallographic crack growth.


翻译:提出了一种新颖的基于FFT的相场断裂框架,用于模拟微观尺度下的疲劳裂纹的起始和扩展。根据储能和位错密度定义了一个损伤驱动力,将相场断裂与微观结构疲劳损伤相关联。采用FFT方法进行数值实现,以模拟足够大的代表性三维微观结构区域。模拟了疲劳裂纹的早期阶段,预测了裂纹路径、生长速率以及对相关微观结构特征的敏感性。在单晶体中展示了晶面上的裂纹扩展;而在多晶体固体中,研究显示了横向晶间裂纹起始和晶体学裂纹生长。

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