In this paper, we study the preferential stiffness and the crack-tip fields for an elastic porous solid of which material properties are dependent upon the density. Such a description is necessary to describe the failure that can be caused by damaged pores in many porous bodies such as ceramics, concrete and human bones. To that end, we revisit a new class of implicit constitutive relations under the assumption of small deformation. Although the constitutive relationship \textit{appears linear} in both the Cauchy stress and linearized strain, the governing equation bestowed from the balance of linear momentum results in a quasi-linear partial differential equation (PDE) system. For the linearization and obtaining a sequence of elliptic PDEs, we propose the solution algorithm comprise a \textit{Newton's method} coupled with a bilinear continuous Galerkin-type finite elements for the discretization. Our algorithm exhibits an optimal rate of convergence for a manufactured solution. In the numerical experiments, we set the boundary value problems (BVPs) with edge crack {under different modes of loading (i.e., the pure mode-I, II, and the mixed-mode). From the numerical results, we find that the density-dependent moduli model describes diverse phenomena that are not captured within the framework of classical linearized elasticity. In particular,numerical solutions clearly indicate that the nonlinear \textit{modeling} parameter depending on its sign and magnitude can control preferential mechanical stiffness along with the change of volumetric strain; larger the parameter is in the positive value}, the responses are such that the strength of porous solid gets weaker against the tensile loading while stiffer against the in-plane shear (or compressive) loading, which is vice versa for the negative value of it.
翻译:在本文中, 我们研究弹性多孔固体的特惠性硬度和裂纹值, 其物质特性取决于密度。 这种描述对于描述陶瓷、 混凝土和人体骨骼等许多多孔体中损坏的孔径可能造成的失败是必要的。 为此, 我们根据小变形的假设, 重新审视一个新的隐含的构造关系类别。 虽然构成关系\ textit{ 出现线性线性压力和线性线性压力, 线性动力平衡所赋予的治理方程式在准线性部分差异方程( PDE) 系统中产生更大的结果。 对于线性化和获得椭圆性 PDE 序列来说, 我们建议解决方案算法包含一个\ textit{ Newton's 方法, 再加上一个双线性连续的 Galerkin- 类型的定序元素。 我们的算法显示了制造溶液的最佳趋合率。 在数字实验中, 我们设定的边界值问题( BVPs) 和直线性边端反应 导致一个准的偏差部分偏差值, 等离子值 值 值 值, 值 的递增 值 值 值 值 值 值 和 直径 的 直线性 值 值 的 值 值 直径 直线性 直径性 直线性, 直线性 直线性 直线性 的 直线性 直线性 的 的, 直线性 的 直线性, 直线性 直径性 直径性 直径性 直径性 直径性,,, 从 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 形 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直 直