پیاده سازی روش میدان فاز برای شکست ترد و کاربرد در ساختارهای متخلخل

اخیرا روش میدان فاز به عنوان یک ابزار کارآ برای شبیه سازی رشد ترک مواد بکار گرفته شده است. هدف از این پژوهش به کارگیری توانایی های روش میدان فاز در مدل سازی رشد ترک در محیط های پیچیده هندسی مانند ساختار متخلخل است. در روش میدان فاز نیازی به تعریف ترک های پیش فرض نیست و این روش می تواند مسیر پیچیده و منحنی شکل ترک را پیش بینی کند. این هدف با رهیافت جایگزینی ناپیوستگی های تیز با متغیر آسیب میدان فاز که به صورت یک ترک پخش شونده نشان داده شده انجام می شود. به منظور شبیه سازی شکست ترد در این پژوهش، ابتدا معادلات میدان جابجایی الاستیک و میدان فاز ترک بیان می گردد. سپس با استفاده از فرم ضعیف معادلات، حل معادلات به صورت غیروابسته صورت می گیرد. برای پیاده سازی معادلات به روش اجزای محدود، نرم افزار اباکوس با زیربرنامه UEL به کار گرفته شده است. با توجه به آنکه ساختار استخوان یک ساختار متخلخل است، یک حجمک نماینده از استخوان برای شبیه سازی میدان فاز انتخاب شده است. به منظور راستی آزمایی مدل توسعه داده شده، آزمون کشش نمونه دارای ترک لبه ای شبیه سازی شده است. در ادامه، رشد ترک در یک محیط متخلخل با درصدهای تخلخل متفاوت تحت بارگذاری کششی، شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد روش میدان فاز می تواند رشد ترک در ساختارهای پیچیده از نظر هندسی را به درستی پیش بینی کند. شبیه سازی های انجام شده نشان داد ظرفیت تحمل بار یا استحکام ساختار متخلخل با افزایش تخلخل به صورت پیوسته کاهش می یابد و این استحکام در مقدار بحرانی تخلخل کاهش ناگهانی دارد.

کلیدواژه ها:

Phase field method ، Brittle fracture ، Porous structures ، Finite element method. ، روش میدان فاز ، شکست ترد ، ساختار متخلخل ، روش اجزای محدود