A critical study on phase-field modelling of fracture

Abstract

Nos modelos de degradação elástica, a trinca é considerada de maneira distribuída, e a energia liberada devido ao seu crescimento é controlada pela energia de fratura e outros parâmetros do material, como os limites de resistência. Tal abordagem não é capaz de representar a geometria da região onde ocorre a trinca. Além disso, apresenta algumas limitações bem conhecidas, como forte dependência da malha, início prematuro da fratura e fratura perfeitamente frágil instantânea. O grupo de pesquisa onde surgiu esse trabalho possui uma vasta e diversificada experiência na formulação e implementação de modelos de representação de fissuras. Vários estudos deste grupo de pesquisa referem-se a tentativas de mitigar as limitações mencionadas. Atualmente, modelos de campo de fase têm sido usados como uma abordagem alternativa para lidar com fraturas. Esses modelos consideram uma trinca difusiva e suave pertencente a uma determinada região de volume no qual uma função que descreve a densidade de trincas é prescrita. Esses modelos podem detectar a nucleação de trincas e, como sua principal vantagem, conseguem descrever uma trinca discreta sem se preocupar com a geometria da trinca em si. Desta forma, o modelo de campo de fase consiste em incorporar uma equação adicional no modelo para controlar uma variável de campo contínuo que representa uma transição suave entre o material intacto e o completamente danificado. Este trabalho é uma consequência natural dos estudos anteriores do grupo de pesquisa sendo, neste grupo, um estudo pioneiro sobre modelos de campo de fase visando compreender as principais características, vantagens e desvantagens destes modelos. Todas as implementações computacionais foram feitas no programa INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment), um programa gratuito desenvolvido pelo próprio grupo de pesquisa.