Simulering av brudd og sprekkvekst med X-FEM

Abstract

X-FEM, den utvidede elementmetoden, er en relativt ny metode for simulering av sprekkvekst. X-FEM bygger på rammeverket til vanlig elementmetode, FEM. I X-FEM berikes nodene i et element for å inkludere diskontinuiteter og singulariteter innenfor elementet. X-FEM kan dermed beskrive arbitrær sprekkvekst uten å endre nettet i området rundt sprekkspissen. LS-DYNA er X-FEM koplet med en kohesiv materialmodell. Den kohesive materialmodellen lar brukeren definere en tri-lineær kohesiv lov for sprekkvekst. Den kohesive loven i denne oppgaven er definert til å være lineær og er dermed kun gitt av traksjonsspenning og maksimal seperasjon før sprekkvekst. Alle numeriske simuleringer er utført med plan-tøyningselementer i LS-DYNA. Oppgaven fokuserer på å evaluere X-FEM i LS-DYNA. X-FEM brukes for å simulere sprekkvekst i fire prøvestykker. To av prøvestykkene er modellert ut i fra forsøksdata fra et eksperiment som vi har utført ved NTNU og de to andre er hentet fra litteraturen. Resultat fra X-FEM sammenlignes med resultat fra en elementerosjonsmetode med skademodell fra SIMLab. X-FEM gav konsekvent bedre resultater enn elementerosjonsmetoden. Det ble observert en nettavhengighet, denne ble undersøkt for en av modellene. Sprekken ble bredere og forgrenet seg da elementstørrelsen ble redusert. X-FEM approksimerte sprekkstien godt i de numeriske modellene.