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/FAIL/ALTER

ブロックフォーマットキーワード フロントグラスなどガラス用途のための高度な非線形応力ベースの破壊基準。

破壊応力は、微小亀裂および亀裂伝播速度を定義するパラメータによって表されます。X-FEMでは、応力は亀裂方向に垂直で0に設定されます。

フォーマット

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
/FAIL/ALTER/mat_ID/unit_ID
Exp_n V0 Vc Ncycles Irate Iside mode
Cr_foil Cr_air Cr_core Cr_edge grsh4N grsh3N
KIC KTH Rlen Tdelay Iout  
Kres1 Kres2        
Eta1 Beta1 Tau1 Area_ref    
Eta2 Beta2 Tau2        
Sig0 P_scale P_switch        
オプションの行
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)
fail_ID                  

定義

フィールド 内容 SI単位の例
mat_ID 材料識別子

(整数、最大10桁)

 
unit_ID (オプション)単位識別子

(整数、最大10桁)

 
Exp_n 亜臨界亀裂進展の亀裂進展指数

デフォルト = 16.0(実数)

 
V0 KICにおける亜臨界亀裂進展の亀裂進展速度 V0

デフォルト = 0.0(実数)

[ms]
Vc 最大亀裂進展速度ガラス

デフォルト = 0.0(実数)

[ms]
Ncycles 反復する応力フィルタリング期間。Irate=0の場合にのみ使用されます。 2
= 1(デフォルト)
フィルタリングなし

(整数)

 
Irate 応力速度フィルタリング手法
= 0
Ncyclesを用いた指数移動平均
= 1
最後の50サイクルを用いた算術平均

(整数)

 
Iside ひずみ速度依存オプション
= 0(デフォルト)
空気(外向き)側のみのひずみ速度依存。
= 1
シェルの両側のひずみ速度依存。
(整数)
 
mode 近傍の要素間の破壊進展モデルを切り替えるためのフラグ
= 0(デフォルト)
破壊進展なし
= 1
XFEM破壊進展
= 2
等方性フロントウェーブ進展
= 3
要素エッジを介した方向進展
= 4
エッジと対角線を介した方向進展

(整数)

 
Cr_foil 下部サーフェスにおける亀裂深さ

デフォルト = 0.0(実数)

[m]
Cr_air 上部サーフェスにおける亀裂深さ

デフォルト = 1.0(実数)

[m]
Cr_core 底部とサーフェスの積分点の間の亀裂深さ

デフォルト = 1.0(実数)

[m]
Cr_edge ウィンドシールドのエッジ要素における亀裂深さ

デフォルト = 1.0(実数)

[m]
grsh4N (オプション)4節点エッジシェル要素のグループ識別子

デフォルト = 0(整数)

 
grsh3N (オプション)3節点エッジシェル要素のグループ識別子

デフォルト = 0(整数)

 
KIC 破壊靭性

デフォルト = 0.0(実数)

[Pam]
KTH 疲労のしきい値

デフォルト = 0.0(実数)

[Pam]
Rlen 参照長さ

デフォルト = 1.0(実数)

[m]
Tdelay 要素を削除する前の緩和時間。

デフォルト = 0.0(実数)

[s]
Iout Engine出力ファイルで完全破壊フラグをアクティブにします。
= 0(デフォルト)
追加の出力はありません。
= 1
拡張出力をアクティブにします。

(整数)

 
Kres1 1つ目の亀裂方向の残留引張応力スケールファクター。

デフォルト = 0.0(実数)

 
Kres2 2つ目の亀裂方向の残留引張応力スケールファクター。

デフォルト = 0.0(実数)

 
Eta1 下部サーフェスの分布パラメータ η1 10

(実数)

[Pa]
Beta1 下部サーフェスの分布パラメータ β1 10

(実数)

 
Tau1 下部サーフェスの分布パラメータ τ1 10

(実数)

[Pa]
Area_ref 参照要素サーフェス面積。

(実数)

[m2]
Eta2 上部サーフェスの分布パラメータ η2 10

(実数)

[Pa]
Beta2 上部サーフェスの分布パラメータ β2 10

(実数)

 
Tau2 上部サーフェスの分布パラメータ τ2 10

(実数)

[Pa]
Sig0 ガラス表面の初期応力。

(実数)

[Pa]
P_scale 選択した分布関数の定義区間を制限します。

(0.0と1.0の間の実数)

 
P_switch 分布関数の区間:
= 0
分布関数fromは、(0, P_scale)の間で定義されます。
= 1
分布関数fromは、(P_scale, 1)の間で定義されます。
(整数)
 
fail_ID 破壊基準識別子 9

(整数、最大10桁)

 

例(ガラス)

コメント

  1. この破壊基準は、破壊の基準として最大応力を用いており、初期亀裂と亀裂進展速度によって決定される材料の強度に基づいて計算されます。modeスイッチフラグに応じて、近傍の要素間の異なる破壊進展モデルが使用され得ます。
  2. Irate=0である際、指数移動平均フィルターが使用され、フィルタリングされた応力は:(1)
    σf(t)=ασ(t)+(1α)σ(tΔt)
    ここで、
    σf=filtered stress
    α=2Ncycles+1
  3. この破壊モデルは低減積分シェル要素(Ishell =24およびIsh3n =2を推奨)とのみ適合性があり、完全積分シェル要素とは適合性を有しません。また、使用されるシェルプロパティに制限はないものの、1層シェルモデルとのみ適合します。
  4. グループgrsh4Nおよびgrsh3N内で定義された要素は、フロントガラスのエッジに沿っていなくてはならず、特定の破壊脆弱を受けます。
  5. この破壊モデルは、重複節点を用いてポリビニルブチラール(PVB)ソリッド要素の層を挟むシェル要素に適用されます。アセンブリ全体がフロントガラスをモデル化します。


    図 1. フロントガラスの有限要素モデル


    図 2. フロントガラスモデル - アセンブリ全体
  6. この破壊モデルを用いたシェル要素は、法線が中間PVBから離れる方向を指すよう方向付けされていなくてはなりません。
  7. シェル要素には、曲げを正しくモデル化するために、オフセットが適用される必要があります。これは、/PROP/TYPE51 Ipos=4を用いて行うことができます。
  8. 破壊限界は、その位置および周りの要素の破壊状態に依存します。 1
  9. fail_IDは、/STATE/BRICK/FAIL/INIBRI/FAILおよび/PERTURB/FAIL/BIQUADと共に使用されます。デフォルト値はありません。この行が空白の場合、/INIBRI/FAIL内の破壊モデル変数のために出力される値はありません(3次元ソリッドの場合は/STATE/BRICK/FAIL、シェルの場合は/STATE/SHELL/FAIL.staファイルに書き込まれます)。
  10. Ch. Brokmann拡張2は、外部ガラス表面のみを対象にした破壊基準を追加定義します。これにより、機械的処理または化学的処理により発生するガラス表面の初期応力を定義します。ガラス表面の微小欠陥の統計的評価により、ワイブル確率分布(left-truncated)を使用して破壊の確率を定義できます。
    ここで、 i = 1、2 (下部および上部のサーフェスの場合) (2)
    P(σ)=1exp[(τiηi)βi(σηi)βi]
    切り捨て点 τ=0 では、よく知られている2パラメータワイブル分布が得られます。Brokmannモデルは、ガラス内のランダムに配向された初期欠陥を計算し、それらをさまざまな長さと形状を持つすべての有限要素に配分します。亀裂の成長は、次の微分方程式で表すことができます: (3)
    da=V0.(YσπaKIC)Exp_ndt

    ここで、 Y はワイブル分布を使用して求めた欠陥形状係数です。

    式 3を積分すると、応力速度に強く依存する実際の亀裂サイズが得られます。実際の応力拡大係数を計算して、破壊基準で使用することができます。

    Brokmannのモデルの面白さは、分布パラメータと破壊応力値によって、破壊の確率的な可能性を推定できることです。


    図 3.
    ガラスの欠陥をランダムに初期化して十分な回数のシミュレーションを実行した後、頭部損傷基準(HIC)の特定の値に到達する確率を推定する可能性を返します。


    図 4.
  11. Ch. Brokmann基準を使用すると、フラグIrateは自動的に0に設定されます。この場合、指数平均を使用して、応力フィルタリング区間のサイクル数を定義する必要があります。
1
Alter, Christian, Stefan Kolling, and Jens Schneider."An enhanced non–local failure criterion for laminated glass under low velocity impact."International Journal of Impact Engineering 109 (2017): 342-353.
2
Ch.Brokmann: “A Model for the Stochastic Fracture Behavior of Glass and Its Application to the Head Impact on Automotive Windscreens”, Springer Vieweg, 2022, ISBN 9783658367879