Computational methods for multi-scale fracture

多尺度断裂计算方法

基本信息

项目摘要

In this project, we aim at a novel computational framework on multiscale fracture mechanism. Therefore, we plan to extent the recently proposed IGA^2 framework, a generalization of the conceptual similar well-known FE^2 method towards higher-order continua. Within this two-scale framework, we aim at a phase-field fracture formulation on both scales. First, a brittle fracture formulation is proposed, using independent, but thermodynamically consistent fracture fields on the different scales. Second, a ductile fracture formulation combining gradient plasticity and gradient damage models will be introduced on the micro-scale. Third, suitable investigations on the asymptotic behavior of the proposed computational multi-scale method will accomplish the investigation and ensure a correct convergence. To obtain an efficient numerical framework, a two-scale multi-grid formulation is proposed, combined with a pseudo mixed approach for enhanced convergens and thus, reduced computational cost throughout the Newton-Raphson iteration. This framework, including sophisticated technical enhancements, will be published on GitHub to provide additional information for the research community.
在这个项目中,我们致力于一种新的多尺度断裂机制的计算框架。因此,我们计划扩展最近提出的IGA^2框架,将概念上类似的众所周知的FE^2方法推广到更高阶的连续体。在这两个尺度的框架内,我们的目标是在两个尺度上的相场断裂公式。首先,提出了一种脆性断裂公式,该公式使用了不同尺度上独立但热力学上一致的裂纹场。其次,在微观上引入了结合梯度塑性模型和梯度损伤模型的延性断裂模型。第三,对所提出的计算多尺度方法的渐近行为进行适当的研究将完成研究并确保正确的收敛。为了得到一个有效的数值框架,提出了一种双尺度多重网格格式,并结合伪混合方法来增强收敛,从而在整个牛顿-拉夫森迭代过程中减少了计算量。这一框架,包括复杂的技术改进,将在GitHub上发布,为研究界提供更多信息。

项目成果

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