We develop a fractional return-mapping framework for power-law visco-elasto-plasticity. In our approach, the fractional viscoelasticity is accounted through canonical combinations of Scott-Blair elements to construct a series of well-known fractional linear viscoelastic models, such as Kelvin-Voigt, Maxwell, Kelvin-Zener and Poynting-Thomson. We also consider a fractional quasi-linear version of Fung's model to account for stress/strain nonlinearity. The fractional viscoelastic models are combined with a fractional visco-plastic device, coupled with fractional viscoelastic models involving serial combinations of Scott-Blair elements. We then develop a general return-mapping procedure, which is fully implicit for linear viscoelastic models, and semi-implicit for the quasi-linear case. We find that, in the correction phase, the discrete stress projection and plastic slip have the same form for all the considered models, although with different property and time-step dependent projection terms. A series of numerical experiments is carried out with analytical and reference solutions to demonstrate the convergence and computational cost of the proposed framework, which is shown to be at least first-order accurate for general loading conditions. Our numerical results demonstrate that the developed framework is more flexible, preserves the numerical accuracy of existing approaches while being more computationally tractable in the visco-plastic range due to a reduction of $50\%$ in CPU time. Our formulation is especially suited for emerging applications of fractional calculus in bio-tissues that present the hallmark of multiple viscoelastic power-laws coupled with visco-plasticity.


翻译:我们为电法粘结- 粘结- 粘结- 粘结- 粘结- 粘结性开发一个微小的回映框架。 在我们的方法中, 分微粘结性通过Scott- Blair元素的碳化组合进行计算, 以构建一系列众所周知的分微线线粘结性模型, 如 Kelvin- Voigt、 Maxwell、 Kelvin- Zener 和 Poynting- Thomson 。 我们还考虑 Fung 模型的分微准线性版本, 以计算压力/ 伸缩非线性 。 分微粘结性模型与一个分微粘结性粘结性模型相结合, 与一个分微粘结性粘结性模型相结合, 与Scott- Blair 元素的连续粘结性模型相结合。 然后我们开发一个一般粘结性直线性模型, 离心应变缩缩缩缩缩缩缩略性模型的缩略性模型, 在目前, 直径缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩的计算框架中, 显示一个直径缩缩缩缩缩缩计算模型的计算模型的缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩缩略图。

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