Fracture is a very challenging and complicated problem with various applications in engineering and physics. Although it has been extensively studied within the context of mesh-based numerical techniques, such as the finite element method (FEM), the research activity within the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) community remains scarce. SPH is a particle-based numerical method used to discretize equations of continuum media. Its meshfree nature makes it ideal to simulate fracture scenarios that involve extreme deformations. However, to model fracture, SPH researchers have mostly relied on ad-hoc empirical local damage models, cohesive zone approaches, or pseudo-spring models, which come with a set of drawbacks and limitations. On the other hand, phase field models of brittle fracture have recently gained popularity in academic circles and provide significant improvements compared to previous approaches. These improvements include the derivation from fundamental fracture theories, the introduction of non-locality, and the ability to model multiple crack initiation, propagation, branching, and coalescence, in situations where no prior knowledge of the crack paths is available. Nevertheless, phase field for fracture has not been studied within SPH. In this proof-of-concept paper we develop and implement a phase field model of brittle fracture within the context of SPH. Comprehensive mathematical and implementation details are provided, and several challenging numerical examples are computed and illustrate the proposed method's ability to accurately and efficiently simulate complex fracture scenarios.


翻译:尽管在以网状元素法(FEM)等以网状为基础的数字技术范围内进行了广泛研究,但平滑粒子流体动力学(SPH)社区内的研究活动仍然很少。SPH是一种以粒子为基础的数字方法,用于分解连续介质的方程式。其无网状性质使得模拟涉及极端畸形的断裂情景成为理想。然而,在模型断裂的情况下,SPH研究人员主要依赖临时的当地实验性损害模型、具有凝聚力的区域方法或假相冲流模型,这些模型具有一系列的缺陷和局限性。另一方面,相形裂裂变的阶段实地模型最近在学术界越来越受欢迎,并且比以往的方法有了显著的改进。这些改进包括从基本断裂变理论中衍生出来,引入非地性,以及模拟多重裂裂变、传播、分化和凝固的能力,而以前没有关于裂变路径的知识。然而,在SPHMF中,阶段断裂断裂的场场场模型还没有研究过,而精确的模型也在SPHF中进行。

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