Implicit–Explicit Integration of Gradient-Enhanced Damage Models
Implicit–Explicit Integration of Gradient-Enhanced Damage Models
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梯度增强损伤模型的隐式-显式积分
DOI：
10.1061/(asce)em.1943-7889.0001608
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发表时间：
2019
影响因子：
3.3
通讯作者：
J. F. Unger
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
T. Titscher;J. Oliver;J. F. Unger
准脆性材料表现出应变软化。它们的建模需要正则化的本构方程，以避免材料水平上的不稳定性。一个常用的模型是隐式梯度增强损伤模型。对于复杂的几何形状，它仍然显示出结构不稳定性时，与经典的向后欧拉格式。另一种方法是隐式-显式（IMPL-EX）积分方案。它包括内变量的外推，然后是解场的隐式计算。因此，非线性梯度增强损伤模型的求解过程转化为一系列问题，在每个时间步长中算法是线性的。因此，他们需要一个单一的牛顿-拉夫森迭代每一个时间步收敛。这提供了额外的鲁棒性和计算加速。引入的外推误差控制的自适应时间步进计划。本文介绍并评估了两类新的错误控制方案，提供进一步的性能改进。在混凝土细观模型的三维压缩试验中，该格式比自适应向后欧拉时间积分快约40倍。
Quasi-brittle materials exhibit strain softening. Their modeling requires regularized constitutive formulations to avoid instabilities on the material level. A commonly used model is the implicit gradient-enhanced damage model. For complex geometries, it still shows structural instabilities when integrated with classical backward Euler schemes. An alternative is the implicit–explicit (IMPL-EX) integration scheme. It consists of the extrapolation of internal variables followed by an implicit calculation of the solution fields. The solution procedure for the nonlinear gradient-enhanced damage model is thus transformed into a sequence of problems that are algorithmically linear in every time step. Therefore, they require one single Newton–Raphson iteration per time step to converge. This provides both additional robustness and computational acceleration. The introduced extrapolation error is controlled by adaptive time-stepping schemes. This paper introduced and assessed two novel classes of error control schemes that provide further performance improvements. In a three-dimensional compression test for a mesoscale model of concrete, the presented scheme was about 40 times faster than an adaptive backward Euler time integration.
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DOI：
--
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S. Ibáñez
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