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Implicit explicit integration of gradient enhanced damage models

  • Quasi-brittle materials exhibit strain softening. Their modeling requires regularized constitutive formulations to avoid instabilities on the material level. A commonly used model is the implicit gradient-enhanced damage model. For complex geometries, it still Shows structural instabilities when integrated with classical backward Euler schemes. An alternative is the implicit–explicit (IMPL-EX) Integration scheme. It consists of the extrapolation of internal variables followed by an implicit calculation of the solution fields. The solution procedure for the nonlinear gradient-enhanced damage model is thus transformed into a sequence of problems that are algorithmically linear in every time step. Therefore, they require one single Newton–Raphson iteration per time step to converge. This provides both additional robustness and computational acceleration. The introduced extrapolation error is controlled by adaptive time-stepping schemes. This paper introduced and assessed two novel classesQuasi-brittle materials exhibit strain softening. Their modeling requires regularized constitutive formulations to avoid instabilities on the material level. A commonly used model is the implicit gradient-enhanced damage model. For complex geometries, it still Shows structural instabilities when integrated with classical backward Euler schemes. An alternative is the implicit–explicit (IMPL-EX) Integration scheme. It consists of the extrapolation of internal variables followed by an implicit calculation of the solution fields. The solution procedure for the nonlinear gradient-enhanced damage model is thus transformed into a sequence of problems that are algorithmically linear in every time step. Therefore, they require one single Newton–Raphson iteration per time step to converge. This provides both additional robustness and computational acceleration. The introduced extrapolation error is controlled by adaptive time-stepping schemes. This paper introduced and assessed two novel classes of error control schemes that provide further Performance improvements. In a three-dimensional compression test for a mesoscale model of concrete, the presented scheme was about 40 times faster than an adaptive backward Euler time integration.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autor*innen:Thomas Titscher, Jörg F. UngerORCiD, J. Oliver
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):JOURNAL OF ENGINEERING MECHANICS
Jahr der Erstveröffentlichung:2019
Organisationseinheit der BAM:7 Bauwerkssicherheit
7 Bauwerkssicherheit / 7.7 Modellierung und Simulation
Verlag:ASCE - American Society of Civil Engineers
Jahrgang/Band:145
Ausgabe/Heft:7
Erste Seite:04019040-1
Letzte Seite:04019040-13
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurbau
Freie Schlagwörter:Adaptive time stepping; Continuum damage; Gradient-enhanced damage model; Implicit explicit schemes; Robustness
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Infrastruktur
DOI:10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001608
ISSN:0733-9399
ISSN:1943-7889
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:02.07.2019
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:02.07.2019
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