Ductile fracture simulation using phase field approach under higher order regime

Nitin Khandelwal; Ramachandra A. Murthy

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자료유형: 학술저널

저자정보: Nitin Khandelwal (CSIR-Structural Engineering Research Centre) Ramachandra A. Murthy (CSIR-Structural Engineering Research Centre)

저널정보: 국제구조공학회 Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Journal Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Journal Vol.89 No.2

발행연도: 2024.1

수록면: 199 - 211 (13page)

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The loading capacity of engineering structures/components reduces after the initiation and propagation of crack eventually leads to the final failure. Hence, it becomes essential to deal with the crack and its effects at the design and simulation stages itself, by detecting the prone area of the fracture. The phase-field (PF) method has been accepted widely in simulating fracture problems in complex geometries. However, most of the PF methods are formulated with second order continuity theoryinvolving C0 continuity. In the present study, PF method based on fourth-order (i.e., higher order) theory, maintaining C1 continuity has been proposed for ductile fracture simulation. The formulation includes fourth-order derivative terms of phase field variable, varying between 0 and 1. Applications of fourth-order PF theory to ductile fracture simulation resulted in novelty in this area. The proposed formulation is numerically solved using a two-dimensional finite element (FE) framework in 3- layered manner system. The solutions thus obtained from the proposed fourth order theory for different benchmark problems portray the improvement in the accuracy of the numerical results and are well matched with experimental results available in the literature. These results are also compared with second-order PF theory and a comparison study demonstrated the robustness of the proposed model in capturing ductile behaviour close to experimental observations.

#finite element method #fourth order theory #phase field method #second order theory #user-defined element

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