One of the state-of-the-art strategies for predicting crack propagation, nucleation, and interaction is the phase-field approach. Despite its reliability and robustness, the phase-field approach suffers from burdensome computational cost, caused by the non-convexity of the underlying energy functional and a large number of unknowns required to resolve the damage gradients. In this work, we propose to solve such nonlinear systems in a monolithic manner using the Schwarz preconditioned inexact Newton's (SPIN) method. The proposed SPIN method leverages the field split approach and minimizes the energy functional separately with respect to displacement and the phase-field, in an additive and multiplicative manner. In contrast to the standard alternate minimization, the result of this decoupled minimization process is used to construct a preconditioner for a coupled linear system, arising at each Newton's iteration. The overall performance and the convergence properties of the proposed additive and multiplicative SPIN methods are investigated by means of several numerical examples. Comparison with widely-used alternate minimization is also performed and we show a reduction in the execution time up to a factor of 50. Moreover, we also demonstrate that this reduction grows even further with increasing problem size and larger loading increments.


翻译:在这项工作中,我们提议以单一方式解决这种非线性系统,使用Schwarz所预设的不精确牛顿(SPIN)方法。拟议的SPIN方法利用外地分解方法,并以添加和倍增方式,尽量减少与流离失所和分层场分开的能源功能。与标准的替代最小化不同的是,这种分解最小化过程的结果被用来为每个牛顿的分流产生的混合线性系统建立一个先决条件。提议的添加和多复制性SPIN方法的总体性能和趋同性能,通过几个数字实例进行调查。与广泛使用的替代最小化方法相比,我们还进行了对比,并且我们展示了更大的递减速度,还展示了更大的递减速度。

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