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 method, 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 modeling has not been combined with SPH for fracture simulations. 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 with the SPH framework.


翻译:在工程和物理学的各种应用中,骨折是一个非常具有挑战性和复杂的问题。尽管在基于网状的数字技术(例如有限元素法)的范围内已经对它进行了广泛的研究,但平滑粒子流体动力学(SPH)社区内的研究活动仍然稀少。SPH是一种粒子法,是模拟涉及极端畸形的骨折情景的理想模式。然而,对于模型骨折,SPH研究人员主要依靠的是具有一系列缺陷和局限性的局部破坏经验模型、具有凝聚力的区域方法或假弹簧模型。另一方面,易碎裂的阶段场模型最近在学术界中越来越受欢迎,并且比以往的方法有了显著的改进。这些改进包括基本骨折理论的衍生、非局部性的引入,以及模拟多重裂裂缝启动、传播、分流和煤炭的能力,而以前对裂痕路径没有了解。然而,阶段实地模型尚未与SPH进行一系列缺陷和缺陷模拟。在这个校正的论文中,我们开发和实施一个具有挑战性的磁性模型模型的模型和模型模型的模型的精确性框架。

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