An efficient implementation of a phase field model for fatigue crack growth

  • Recently, phase field modeling of fatigue fracture has gained a lot of attention from many researches and studies, since the fatigue damage of structures is a crucial issue in mechanical design. Differing from traditional phase field fracture models, our approach considers not only the elastic strain energy and crack surface energy, additionally, we introduce a fatigue energy contribution into the regularized energy density function caused by cyclic load. Comparing to other type of fracture phenomenon, fatigue damage occurs only after a large number of load cycles. It requires a large computing effort in a computer simulation. Furthermore, the choice of the cycle number increment is usually determined by a compromise between simulation time and accuracy. In this work, we propose an efficient phase field method for cyclic fatigue propagation that only requires moderate computational cost without sacrificing accuracy. We divide the entire fatigue fracture simulation into three stages and apply different cycle number increments in each damage stage. The basic concept of the algorithm is to associate the cycle number increment with the damage increment of each simulation iteration. Numerical examples show that our method can effectively predict the phenomenon of fatigue crack growth and reproduce fracture patterns.

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Verfasser*innenangaben:Sikang YanORCiD, Christoph Schreiber, Ralf Müller
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-78639
DOI:https://doi.org/10.1007/s10704-022-00628-0
ISSN:1573-2673
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):International Journal of Fracture
Verlag:Springer Nature - Springer
Dokumentart:Wissenschaftlicher Artikel
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Datum der Veröffentlichung (online):22.03.2024
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Veröffentlichende Institution:Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Datum der Publikation (Server):22.03.2024
Ausgabe / Heft:237
Seitenzahl:14
Erste Seite:47
Letzte Seite:60
Quelle:https://link.springer.com/article/10.1007/s10704-022-00628-0
Fachbereiche / Organisatorische Einheiten:Kaiserslautern - Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Sachgruppen:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Sammlungen:Open-Access-Publikationsfonds
Lizenz (Deutsch):Zweitveröffentlichung