Peridynamic‐based modeling of elastoplasticity and fracture dynamics

计算机科学 动力学(音乐) 断裂(地质) 声学 物理 复合材料 材料科学
作者
Haoping Wang,Xiaokun Wang,Yanrui Xu,Yalan Zhang,Yao Zhao,Yu Guo,Xiaojuan Ban
出处
期刊:Computer Animation and Virtual Worlds [Wiley]
卷期号:35 (4)
标识
DOI:10.1002/cav.2242
摘要

Abstract This paper introduces a particle‐based framework for simulating the behavior of elastoplastic materials and the formation of fractures, grounded in Peridynamic theory. Traditional approaches, such as the Finite Element Method (FEM) and Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), to modeling elastic materials have primarily relied on discretization techniques and continuous constitutive model. However, accurately capturing fracture and crack development in elastoplastic materials poses significant challenges for these conventional models. Our approach integrates a Peridynamic‐based elastic model with a density constraint, enhancing stability and realism. We adopt the Von Mises yield criterion and a bond stretch criterion to simulate plastic deformation and fracture formation, respectively. The proposed method stabilizes the elastic model through a density‐based position constraint, while plasticity is modeled using the Von Mises yield criterion within the bond of particle paris. Fracturing and the generation of fine fragments are facilitated by the fracture criterion and the application of complementarity operations to the inter‐particle connections. Our experimental results demonstrate the efficacy of our framework in realistically depicting a wide range of material behaviors, including elasticity, plasticity, and fracturing, across various scenarios.
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