The phase-field model for fracture, despite its popularity and ease of implementation comes with its set of computational challenges. They are the non-convex energy functional, variational inequality due to fracture irreversibility, the need for extremely fine meshes to resolve the fracture. In this manuscript, the focus is on the numerical treatment of variational inequality. In this context, the popular history-variable approach suffers from variationally inconsistency and non-quantifiable nature of the error introduced. A better alternative, the penalisation approach, has the potential to render the stiffness matrix ill-conditioned. In order to circumvent both aforementioned issues, a micromorphic approach towards phase-field fracture modelling is proposed in this manuscript. Within this approach, a micromorphic extension of the energy functional is carried out. This transforms the phase-field into a local variable, while introducing a micromorphic variable that regularises the fracture problem. This reduction the regularity requirements for the phase-field enables an easier implementation of the fracture irreversibility constraint through simple 'max' operation, with system level precision. Numerical experiments carried out on benchmark brittle and quasi-brittle problems demonstrate the applicability and efficacy of the proposed model for a wide range of fracture problems.


翻译:骨折的阶段场模型尽管广受欢迎,而且执行容易,但随着一系列计算挑战而出现。它们是非隐形能量功能,由于骨折不可逆转性而导致的变异性不平等,需要极细的模贝来消除骨折。在本手稿中,重点是对变异性不平等的数值处理。在这方面,流行的历史可变方法存在错误的变异性和不可量化性质。更好的替代办法,即惩罚办法,有可能使僵硬性矩阵变得不成熟。为了绕过上述两个问题,在本手稿中提议对阶段-场骨折建模采取微变形方法。在这一方法中,将能量功能的微变形扩展进行。这将将阶段场变成一个局部变量,同时引入微变异性变量,使骨折问题正常化。这样就降低了阶段-场的正常性要求,通过简单的“负轴”操作,系统级精确度,可以更容易地实施骨折不可逆转性制约。在基准的易碎裂和准问题模型上进行了微量实验。

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