Please wait a minute...
Frontiers of Structural and Civil Engineering

ISSN 2095-2430

ISSN 2095-2449(Online)

CN 10-1023/X

邮发代号 80-968

2019 Impact Factor: 1.68

Frontiers of Structural and Civil Engineering  2015, Vol. 9 Issue (4): 441-447   https://doi.org/10.1007/s11709-015-0319-5
  本期目录
Thermo-elastic extended meshfree method for fracture without crack tip enrichment
A. ASADPOUR()
Department of Engineering Mechanics, University of Tehran, Tehran, Iran
 全文: PDF(224 KB)   HTML
Abstract

This is the first manuscript presenting an extended meshfree method for thermo- elastic fracture which does not exploit a crack tip enrichment. The crack is modeled by partition of unity enrichment of the displacement and temperature field. Only a step function is employed that facilitates the implementation. To ensure that crack tip is at the correct position, a Lagrange multiplier field ahead of the crack tip is introduced along a line. The Lagrange multiplier nodal parameters are discretised with the available meshfree functions. Two benchmark examples illustrate the efficiency of the method.

Key wordsmeshfree method    thermo-elasticity
收稿日期: 2015-05-27      出版日期: 2015-11-26
Corresponding Author(s): A. ASADPOUR   
 引用本文:   
. [J]. Frontiers of Structural and Civil Engineering, 2015, 9(4): 441-447.
A. ASADPOUR. Thermo-elastic extended meshfree method for fracture without crack tip enrichment. Front. Struct. Civ. Eng., 2015, 9(4): 441-447.
 链接本文:  
https://academic.hep.com.cn/fsce/CN/10.1007/s11709-015-0319-5
https://academic.hep.com.cn/fsce/CN/Y2015/V9/I4/441
a/W 500 nodes 2000 nodes 4000 nodes Ref. [57] Ref. [56]
0.1 0.019 0.020 0.020 0.018 0.021
0.2 0.053 0.054 0.054 0.054 0.053
0.3 0.094 0.095 0.095 0.095 0.094
0.4 0.141 0.141 0.141 0.141 0.141
0.5 0.188 0.189 0.189 0.190 0.188
0.6 0.244 0.245 0.245 0.243 0.247
Tab.1  
Fig.1  
a proposed method KI KI [57] KI [56] proposed method KII KII [57] KII [56]
0.000 0.000 0.000 0.054 0.054 0.054
15° 0.0036 0.0036 0.0038 0.054 0.054 0.054
30° 0.0066 0.0064 0.0071 0.048 0.048 0.048
45° 0.0073 0.0071 0.0077 0.041 0.041 0.042
60° 0.0050 0.0049 0.0053 0.032 0.032 0.032
75° 0.0014 0.0010 0.0023 0.018 0.018 0.018
90° 0.0001 0.0003 0.000 0.000 0.000 0.000
Tab.2  
a/W proposed method KII KII [57] KII [56] proposed method KI KI [57] KI [56]
0.2 0.030 0.030 0.030 0.002 0.002 0.002
0.3 0.048 0.048 0.048 0.007 0.006 0.008
0.4 0.065 0.064 0.064 0.014 0.014 0.015
0.5 0.076 0.076 0.076 0.026 0.026 0.027
0.6 0.087 0.087 0.086 0.040 0.040 0.041
Tab.3  
Fig.2  
1 Amiri  F, Millan  D, Shen  Y, Rabczuk  T, Arroyo  M. Phase-field modeling of fracture in linear thin shells. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2014, 69: 102–109
2 Belytschko  T, Tabbara  M. Dynamic fracture using element-free galerkin methods. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1996, 39(6): 923–938
3 Belytschko  T, Lu  Y Y, Gu  L. Crack propagation by element-free galerkin methods. Engineering Fracture Mechanics, 1995, 51(2): 295–315
4 Fleming  M, Chu  Y A, Moran  B, Belytschko  T. Enriched element-free galerkin methods for crack tip fields. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1997, 40(8): 1483–1504
5 Hao  S, Liu  W K, Klein  P A, Rosakis  A J. Modeling and simulation of intersonic crack growth. International Journal of Solids and Structures, 2004, 41(7): 1773–1799
6 Idelsohn  S R, Onate  E. To mesh or not to mesh, that is the question…. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2006, 195(37−40): 4681–4696
7 Hao  S, Liu  W K. Moving particle finite element method with super- convergence: Nodal integration formulation and applications. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2006, 195(44−47): 6059–6072
8 Li  S, Hao  W, Liu  W K. Mesh-free simulations of shear banding in large deformation. International Journal of Solids and Structures, 2000, 37(48−50): 7185–7206
9 Li  S, Hao  W, Liu  W K. Numerical simulations of large deformation of thin shell structures using meshfree methods. Computational Mechanics, 2000, 25(2−3): 102–116
10 Rabczuk  T, Belytschko  T. A three dimensional large deformation meshfree method for arbitrary evolving cracks. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2007, 196(29-30): 2777–2799
11 Ren  B, Li  S. Meshfree simulations of plugging failures in high-speed impacts. Computers & Structures, 2010, 88(15-16): 909–923
12 Wong  S, Shie  Y. Large deformation analysis with galerkin based smoothed particle hydrodynamics. CMES-Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2008, 36(2): 97–118
13 Antoci  C, Gallati  M, Sibilla  S. Numerical simulation of fluid- structure interaction by sph. Computers & Structures, 2007, 85(11−14): 879–890
14 Feldman  J, Bonet  J. Dynamic refinement and boundary contact forces in sph with applications in fluid flow problems. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2007, 72(3): 295–324
15 Oñate  E, Idelsohn  S, Zienkiewicz  O C, Taylor  R L. A finite point method in computational mechanics: Applications to convective transport and fluid flow. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1996, 39(22): 3839–3866
16 Rabczuk  T, Gracie  R, Song  J H, Belytschko  T. Immersed particle method for fluid-structure interaction. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2010, 81: 48–71
17 Belytschko  T, Black  T. Elastic crack growth in finite elements with minimal remeshing. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1999, 45(5): 601–620
18 Moes  N, Dolbow  J, Belytschko  T. A finite element method for crack growth without remeshing. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1999, 46(1): 133–150
19 Amiri  F, Anitescu  C, Arroyo  M, Bordas  S P A, Rabczuk  T. XLME interpolants, a seamless bridge between xfem and enriched meshless methods. Computational Mechanics, 2014, 53(1): 45–57
20 Rabczuk  T, Areias  P. A meshfree thin shell for arbitrary evolving cracks based on an extrinsic basis. Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2006, 16(2): 115–130
21 Rabczuk  T, Zi  G. A meshfree method based on the local partition of unity for cohesive cracks. Computational Mechanics, 2007, 39(6): 743–760
22 Rabczuk  T, Areias  P M A, Belytschko  T. A meshfree thin shell method for non-linear dynamic fracture. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2007, 72(5): 524–548
23 Rabczuk  T, Zi  G, Bordas  S, Nguyen-Xuan  H. A geometrically non- linear three dimensional cohesive crack method for reinforced concrete structures. Engineering Fracture Mechanics, 2008, 75(16): 4740–4758
24 Ghorashi  S S, Valizadeh  N, Mohammadi  S, Rabczuk  T. T-spline based xiga for fracture analysis of orthotropic media. Computers & Structures, 2015, 147: 138–146
25 Nguyen-Thanh  N, Valizadeh  N, Nguyen  M N, Nguyen-Xuan  H, Zhuang  X, Areias  P, Zi  G, Bazilevs  Y, De Lorenzis  L, Rabczuk  T. An extended isogeometric thin shell analysis based on kirchhoff-love theory. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2015, 284: 265–291
26 Areias  P, Rabczuk  T. Finite strain fracture of plates and shells with configurational forces and edge rotations. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2013, 94(12): 1099–1122
27 Areias  P, Rabczuk  T, Camanho  P P. Initially rigid cohesive laws and fracture based on edge rotations. Computational Mechanics, 2013, 52(4): 931–947
28 Areias  P, Rabczuk  T, Dias da Costa  D. Element-wise fracture algorithm based on rotation of edges. Engineering Fracture Mechanics, 2013, 110: 113–137
29 Areias  P, Rabczuk  T, Camanho  P P. Finite strain fracture of 2d problems with injected anisotropic softening elements. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2014, 72(1): 50–63
30 Nguyen-Xuan  H, Liu  G R, Bordas  S, Natarajan  S, Rabczuk  T. An adaptive singular es-fem for mechanics problems with singular field of arbitrary order. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2013, 253: 252–273
31 Budarapu  P R, Gracie  R, Bordas  S P A, Rabczuk  T. An adaptive multiscale method for quasi-static crack growth. Computational Mechanics, 2014, 53(6): 1129–1148
32 Budarapu  P R, Gracie  R, Yang  S W, Zhuang  X, Rabczuk  T. Efficient coarse graining in multiscale modeling of fracture. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2014, 69: 126–143
33 Nanthakumar  S S, Lahmer  T, Rabczuk  T. Detection of flaws in piezoelectric structures using extended fem. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2013, 96(6): 373–389
34 Silani  M, Talebi  H, Ziaei-Rad  S, Hamouda  A M, Zi  G, Rabczuk  T. A three dimensional extended arlequin method for dynamic fracture. Computational Materials Science, 2014, 96: 425–431
35 Silani  M, Ziaei-Rad  S, Talebi  H, Rabczuk  T. A semi-concurrent multiscale approach for modeling damage in nanocomposites. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2014, 74(1): 30–38
36 Talebi, H, Silani  M, Bordas  S P A, Kerfriden  P, Rabczuk  T. Molecular dynamics/xfem coupling by a three-dimensional extended bridging domain with applications to dynamic brittle fracture. International Journal for Multiscale Computational Engineering, 2013, 11(6): 527–541
37 Talebi  H, Silani  M, Bordas  S P A, Kerfriden  P, Rabczuk  T. A computational library for multiscale modeling of material failure. Computational Mechanics, 2014, 53(5): 1047–1071
38 Talebi  H, Silani  M, Rabczuk  T. Concurrent multiscale modeling of three dimensional crack and dislocation propagation. Advances in Engineering Software, 2015, 80: 82–92
39 Yang  S W, Budarapu  P R, Mahapatra  D R, Bordas  S P A, Zi  G, Rabczuk  T. A meshless adaptive multiscale method for fracture. Computational Materials Science, 2015, 96(PB): 382–395
40 Belytschko  T, Fleming  M. Smoothing, enrichment and contact in the element free galerkin method. Computers & Structures, 1999, 71(2): 173–195
41 Ventura  G, Xu  J, Belytschko  T. A vector level set method and new discontinuity approximation for crack growth by efg. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2002, 54(6): 923–944
42 Bordas  S, Rabczuk  T, Zi  G. Three-dimensional crack initiation, propagation, branching and junction in non-linear materials by extrinsic discontinuous enrichment of meshfree methods without asymptotic enrichment. Engineering Fracture Mechanics, 2008, 75: 943–960
43 Zi  G, Rabczuk  T, Wall  W. Extended meshfree methods without branch enrichment for cohesive cracks. Computational Mechanics, 2007, 40(2): 367–382
44 Rabczuk  T, Bordas  S, Zi  G. On three-dimensional modelling of crack growth using partition of unity methods. Computers & Structures, 2010, 88(23−24): 1391–1411
45 Belytschko  T, Lu  Y Y, Gu  L, Tabbara  M. Element-free galerkin methods for static and dynamic fracture. International Journal of Solids and Structures, 1995, 32(17−18): 2547–2570
46 Belytschko  T, Lu  Y Y, Gu  L. Element-free galerkin methods. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 1994, 37(2): 229–256
47 Belytschko  T, Krongauz  Y, Organ  D, Fleming  M, Krysl  P. Meshless methods: An overview and recent developments. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1996, 139(1−4): 3–47
48 Organ  D, Fleming  M, Terry  T, Belytschko  T. Continuous meshless approximations for nonconvex bodies by diffraction and transparency. Computational Mechanics, 1996, 18(3): 225–235
49 Rabczuk  T, Belytschko  T. Cracking particles: A simplified meshfree method for arbitrary evolving cracks. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2004, 61(13): 2316–2343
50 Sageresan  N, Drathi  R. Crack propagation in concrete using meshless method. CMES-Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2008, 32(2): 103–112
51 Wang  H X, Wang  S X. Analysis of dynamic fracture with cohesive crack segment method. CMES-Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2008, 35(3): 253–274
52 Areias  P M A, Belytschko  T. Two-scale method for shear bands: thermal effects and variable bandwidth. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2007, 72(6): 658–696
53 Duflot  M. The extended finite element method in thermoelastic fracture mechanics. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2008, 74(5): 827–847
54 Le  P, Mai-Duyand  N, Tran-Cong  T. A numerical study of strain localization in elasto-thermo-viscoplastic materials using radial basis function networks. CMC-Computers Materials & Continua, 2007, 5: 129–150
55 Wang  H S. An extended element-free galerkin method for thermo- mechanical dynamic fracture in linear and nonlinear materials. Journal of Engineering Mechanics, 2015, 98: 366–271
56 Murakami  Y. Stress Intensity Factors Handbook. Pergamon Press, Oxford, 1987
57 Prasad  N N V, Aliabadi  M H, Rooke  D P. The dual boundary element method for thermoelstic crack growth. International Journal of Fracture, 1994, 66(3): 255–272
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed