Computer simulation of fast crack propagation in brittle material

Abstract

A method is presented to simulate the behavior of a rapidly running crack by employing the finite element method with a singular element. The crack-tip is assumed to move so as to satisfy a dynamic fracture criterion that the dynamic energy release rate be equal to a specific fracture energy during failure. Simulation is carried out for a crack in a rectangular plate subjected to a suddenly applied load, and it has indicated that the dynamic behavior of a crack, such as onset of crack propagation, bifurcation, or stopping, is deeply influenced by the magnitude and the time duration of the applied load.

Résumé

On présente une méthode pour simuler le comportement d'une fissure en propagation rapide, utilisant la méthode des éléments finis avec un élément singulier. On suppose que l'extrémité de la fissure se meut de telle sorte que soit satisfait un critère de rupture dynamique selon lequel la vitesse de relaxation de l'énergie dynamique est égale à une énergie de rupture spécifique au cours du processus de dégradation. Une simulation est effectuée dans le cas d'une fissure dans une plaque rectangulaire sujette à une charge appliquée de manière soudaine; cette simulation indique que le comportement dynamique d'une fissure tel qu'il se présente au moment du démarrage d'une propagation de fissure, d'une bifurcation ou d'un arrêt d'une fissure, est influencé de manière profonde par l'amplitude et par la durée en fonction du temps de la charge appliquée.