We show that for the simulation of crack propagation in quasi-brittle, two-dimensional solids, very good results can be obtained with an embedded strong discontinuity quadrilateral finite element that has incompatible modes. Even more importantly, we demonstrate that these results can be obtained without using a crack tracking algorithm. Therefore, the simulation of crack patterns with several cracks, including branching, becomes possible. The avoidance of a tracking algorithm is mainly enabled by the application of a novel, local (Gauss-point based) criterion for crack nucleation, which determines the time of embedding the localisation line as well as its position and orientation. We treat the crack evolution in terms of a thermodynamical framework, with softening variables describing internal dissipative mechanisms of material degradation. As presented by numerical examples, many elements in the mesh may develop a crack, but only some of them actually open and/or slide, dissipate fracture energy, and eventually form the crack pattern. The novel approach has been implemented for statics and dynamics, and the results of computed difficult examples (including Kalthoff's test) illustrate its very satisfying performance. It effectively overcomes unfavourable restrictions of the standard embedded strong discontinuity formulations, namely the simulation of the propagation of a single crack only. Moreover, it is computationally fast and straightforward to implement. Our numerical solutions match the results of experimental tests and previously reported numerical results in terms of crack pattern, dissipated fracture energy, and load-displacement curve.


翻译:我们显示,对于模拟在准尾盘、二维固体中传播裂缝的模拟,可以用嵌入的强不连续四边边限制元素取得非常良好的结果,该元素具有不兼容的模式。更重要的是,我们证明,这些结果可以在不使用裂痕跟踪算法的情况下获得,因此,以若干裂缝(包括分流)模拟裂缝模式是可能的。避免跟踪算法主要得益于对裂块弯曲曲线应用一种新颖的、本地的(基于Gaus点的)标准,它决定着嵌入本地化线的时间及其位置和方向。我们用热动力框架来处理裂缝演变,用软化变量来描述内部物质退化的机制。如数字例子所示,许多裂缝模式可能形成裂缝,但只有其中一部分实际上开放和/或滑动,断裂能量最终形成裂变模式。新办法只用于静态和动态,以及计算的困难例子(包括Kalthoff的轨迹测试)的结果,我们用一个非常精确的断裂缝分析结果来说明其直径的周期性演化过程。它有效地克服了以往的轨迹,一个不利于变化的计算结果,也就是的计算结果是,它是如何克服了我们的标准的。

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