Вплив подвійних похилих тріщин, що перекриваються, на змішані фактори інтенсивності напруги з використанням об’єктно-орієнтованої реалізації XFEM

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.298883

Ключові слова:

розширений метод кінцевих елементів (XFEM), коефіцієнт інтенсивності напружень змішаного режиму (MMSIF), похила центральна тріщина, ефект перекриття

Анотація

Об’єктом дослідження є коефіцієнт інтенсивності напружень у змішаному режимі (MMSIF) двовимірної (2D) пластини.

З появою сучасних технологій та передових інновацій, які сприяють розвитку та вдосконаленню проєктування, реалізація та управління будівельними проєктами стали легшими. Однак дуже важко виготовити компоненти без неминучих дефектів, таких як тріщини, які призводять до псування матеріалу та, зрештою, скорочують термін його служби. Заснований на процесі локального збагачення області з використанням концепції розділення єдності, розширений метод скінчених елементів (XFEM), подолав обмеження стандартного методу FEM з погляду моделювання та чисельного моделювання розривів (тріщин), отримавши при цьому свої загальні переваги. Це робить XFEM потужним і широко використовуваним цифровим інструментом в останні роки. Однією з найбільш часто порушуваних проблем у сфері розривів (тріщин) є явище юкстапозиції множинних тріщин у тріщинуватій ізотропній пластині, яке необхідно досліджувати для визначення ступеня його впливу на коефіцієнт інтенсивності напружень тріщини з метою отримання вищої надійності безпеки. На цій основі було використано покращене об’єктно-орієнтоване програмування (ООП) із розширеними скінченими елементами через його велике значення та добре відомі переваги.

В роботі визначено MMSIF 2D пластини, щоб показати ефект протифазної орієнтації кута, а також ефект юкстапозиції двох похилих тріщин. У результаті дослідження було показано, що збіжність між результатами, отриманими в цьому дослідженні, з тими, що повідомляються в літературі, і з теоретичними значеннями є чудовою, і було відзначено їх близький збіг. У майбутньому, на основі характеристик об’єктно-орієнтованого підходу, представлених гнучкістю, масштабованістю та модульністю, які були пояснені в цьому дослідженні, цей запропонований підхід може бути збагачений, щоб включати гетерогенне моделювання матеріалів, будь то лінійне чи нелінійне поширення тріщин у динаміці, на додаток до складних 3D промислових задач.

Біографії авторів

Rebadj Chabane, Laarbi Tébessi University

Postgraduate Student

Department of Civil Engineering

Mines Laboratory

Sabah Moussaoui, Sétif 1 University

Associate Professor

Department of Civil Engineering

Civil Engineering Research Laboratory

 

Mourad Belgasmia, Sétif 1 University

Professor

Department of Civil Engineering

Civil Engineering Research Laboratory

Посилання

  1. Belytschko, T., Mos, N., Usui, S., Parimi, C. (2001). Arbitrary discontinuities in finite elements. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 50 (4), 993–1013. doi: https://doi.org/10.1002/1097-0207(20010210)50:4<993::aid-nme164>3.0.co;2-m
  2. Belytschko, T., Gracie, R., Ventura, G. (2009). A review of extended/generalized finite element methods for material modeling. Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 17 (4), 043001. doi: https://doi.org/10.1088/0965-0393/17/4/043001
  3. Belytschko, T., Gracie, R. (2007). On XFEM applications to dislocations and interfaces. International Journal of Plasticity, 23 (10-11), 1721–1738. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2007.03.003
  4. Belytschko, T., Black, T. (1999). Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 45 (5), 601–620. doi: https://doi.org/10.1002/(sici)1097-0207(19990620)45:5<601::aid-nme598>3.0.co;2-s
  5. Mos, N., Dolbow, J., Belytschko, T. (1999). A finite element method for crack growth without remeshing. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 46 (1), 131–150. doi: https://doi.org/10.1002/(sici)1097-0207(19990910)46:1<131::aid-nme726>3.0.co;2-j
  6. Moës, N., Belytschko, T. (2002). Extended finite element method for cohesive crack growth. Engineering Fracture Mechanics, 69 (7), 813–833. doi: https://doi.org/10.1016/s0013-7944(01)00128-x
  7. Parks, D. M. (1974). A stiffness derivative finite element technique for determination of crack tip stress intensity factors. International Journal of Fracture, 10 (4), 487–502. doi: https://doi.org/10.1007/bf00155252
  8. Hellen, T. K. (1975). On the method of virtual crack extensions. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 9 (1), 187–207. doi: https://doi.org/10.1002/nme.1620090114
  9. Rybicki, E. F., Kanninen, M. F. (1977). A finite element calculation of stress intensity factors by a modified crack closure integral. Engineering Fracture Mechanics, 9 (4), 931–938. doi: https://doi.org/10.1016/0013-7944(77)90013-3
  10. Rice, J. R. (1968). A Path Independent Integral and the Approximate Analysis of Strain Concentration by Notches and Cracks. Journal of Applied Mechanics, 35 (2), 379–386. doi: https://doi.org/10.1115/1.3601206
  11. Rice, J. R., Rosengren, G. F. (1968). Plane strain deformation near a crack tip in a power-law hardening material. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 16 (1), 1–12. doi: https://doi.org/10.1016/0022-5096(68)90013-6
  12. Fracture mechanics. 19: San Antonio (1988). ASTM, Philadelphia, 939.
  13. Stern, M., Becker, E. B., Dunham, R. S. (1976). A contour integral computation of mixed-mode stress intensity factors. International Journal of Fracture, 12 (3), 359–368. doi: https://doi.org/10.1007/bf00032831
  14. Hedayati, E., Vahedi, M. (2014). Using Extended Finite Element Method for Computation of the Stress Intensity Factor, Crack Growth Simulation and Predicting Fatigue Crack Growth in a Slant-Cracked Plate of 6061-T651 Aluminum. World Journal of Mechanics, 4 (1), 24–30. doi: https://doi.org/10.4236/wjm.2014.41003
  15. Aliha, M. R. M., Bahmani, A., Akhondi, Sh. (2016). Mixed mode fracture toughness testing of PMMA with different three-point bend type specimens. European Journal of Mechanics – A/Solids, 58, 148–162. doi: https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2016.01.012
  16. Wang, Z., Yu, T., Bui, T. Q., Tanaka, S., Zhang, C., Hirose, S., Curiel-Sosa, J. L. (2017). 3-D local mesh refinement XFEM with variable-node hexahedron elements for extraction of stress intensity factors of straight and curved planar cracks. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 313, 375–405. doi: https://doi.org/10.1016/j.cma.2016.10.011
  17. Dimitri, R., Fantuzzi, N., Li, Y., Tornabene, F. (2017). Numerical computation of the crack development and SIF in composite materials with XFEM and SFEM. Composite Structures, 160, 468–490. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.10.067
  18. Liao, Y., Zhang, X., Wang, B., He, M. (2023). Calculations of crack stress intensity factors based on FEM and XFEM models. Australian Journal of Mechanical Engineering, 1–11. doi: https://doi.org/10.1080/14484846.2023.2207243
  19. OpenXfem++. Available at: https://sourceforge.net/projects/openxfem/
  20. Khoei, A. R. (2015). Extended finite element method: theory and applications. Chichester: John Wiley & Sons, Inc, 584. doi: https://doi.org/10.1002/9781118869673
  21. Mohammadi, S. (2012). XFEM Fracture Analysis of Composites. Wiley. doi: https://doi.org/10.1002/9781118443378
  22. Khatri, K., Lal, A. (2019). Mixed mode stress intensity factors of slanted edge cracked plate with hole subjected to various in-plane loadings using XFEM. International Journal of Materials and Structural Integrity, 13 (1/2/3), 110. doi: https://doi.org/10.1504/ijmsi.2019.100388
  23. Laborde, P., Pommier, J., Renard, Y., Salaün, M. (2005). High-order extended finite element method for cracked domains. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 64 (3), 354–381. doi: https://doi.org/10.1002/nme.1370
  24. Bordas, S., Nguyen, P. V., Dunant, C., Guidoum, A., Nguyen‐Dang, H. (2007). An extended finite element library. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 71 (6), 703–732. doi: https://doi.org/10.1002/nme.1966
  25. Dubois-Pe`lerin, Y., Zimmermann, T. (1993). Object-oriented finite element programming: III. An efficient implementation in C++. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 108 (1-2), 165–183. doi: https://doi.org/10.1016/0045-7825(93)90159-u
  26. Sih, G. C., Paris, P. C., Erdogan, F. (1962). Crack-Tip, Stress-Intensity Factors for Plane Extension and Plate Bending Problems. Journal of Applied Mechanics, 29 (2), 306–312. doi: https://doi.org/10.1115/1.3640546
  27. Chen, W. H., Chen, T. C. (1995). An efficient dual boundary element technique for a two‐dimensional fracture problem with multiple cracks. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 38 (10), 1739–1756. doi: https://doi.org/10.1002/nme.1620381009
Double inclined cracks overlapping effect on mixed stress intensity factors using XFEM object-oriented implementation12

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-02-24

Як цитувати

Chabane, R., Moussaoui, S., & Belgasmia, M. (2024). Вплив подвійних похилих тріщин, що перекриваються, на змішані фактори інтенсивності напруги з використанням об’єктно-орієнтованої реалізації XFEM. Technology Audit and Production Reserves, 1(1(75), 12–18. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.298883

Номер

Том 1 № 1(75) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Rebadj Chabane, Sabah Moussaoui, Mourad Belgasmia

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.