A Discrete Element Model for Damage and Fatigue Crack Growth of Quasi-Brittle Materials

Autor: Cyrille Chazallon, Xiaofeng Gao, Georg Koval
Přispěvatelé: Tsinghua University [Beijing] (THU), Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), univOAK, Archive ouverte
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Advances in Materials Science and Engineering, Vol 2019 (2019)
Advances in Materials Science and Engineering
Advances in Materials Science and Engineering, 2019, 2019, pp.1-15. ⟨10.1155/2019/6962394⟩
Advances in Materials Science and Engineering, Hindawi Publishing Corporation, 2019, 2019, pp.1-15. ⟨10.1155/2019/6962394⟩
ISSN: 1687-8434
1687-8442
DOI: 10.1155/2019/6962394
Popis: International audience; The repeatedly applied low-intensity loads would lead to the damage and fatigue crack growth of mechanical structures made of quasi-brittle materials. In numerical modelling, these two mechanisms are normally treated differently and separately; the damage is usually associated with nonlocal approaches, while the fatigue crack growth is related to the local stress intensity range at the crack tip. In this study, a discrete element model for damage and fatigue crack growth of quasi-brittle materials is proposed, which is able to model the damage and fatigue crack growth simultaneously in one single model. The proposed model achieves the implementation of a continuum damage model in a discrete element code, which is a helpful enrichment of this numerical method. The evaluation method of the stress intensity range during the damage evolution provides a way to couple both failure mechanisms. This feature allows crack initiation to be induced by localized damage and a progressive transition to a fracture behaviour with the crack propagation. Independent parameters for the fatigue damage model and fatigue crack growth model are admitted without any previous calibration. The numerical results are in good agreement with the theoretical predictions of damage and fracture mechanics, and intact and precracked samples are analysed under fatigue loading to show the consistent coexistence of fractured and damaged zones in a single model.
Databáze: OpenAIRE
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