On the numerical integration in generalized/extended finite element method analysis for crack propagation problems

有限元法 数值积分 扩展有限元法 不连续性分类 断裂力学 强度因子 数值分析 计算机科学 多边形网格 应用数学 结构工程 数学 几何学 数学分析 工程类
作者
Bruna Caroline Campos,Felício Bruzzi Barros,Samuel Silva Penna
出处
期刊:Engineering Computations [Emerald (MCB UP)]
卷期号:38 (1): 180-220 被引量:3
标识
DOI:10.1108/ec-02-2020-0067
摘要

Purpose The purpose of this paper is to evaluate some numerical integration strategies used in generalized (G)/extended finite element method (XFEM) to solve linear elastic fracture mechanics problems. A range of parameters are here analyzed, evidencing how the numerical integration error and the computational efficiency are improved when particularities from these examples are properly considered. Design/methodology/approach Numerical integration strategies were implemented in an existing computational environment that provides a finite element method and G/XFEM tools. The main parameters of the analysis are considered and the performance using such strategies is compared with standard integration results. Findings Known numerical integration strategies suitable for fracture mechanics analysis are studied and implemented. Results from different crack configurations are presented and discussed, highlighting the necessity of alternative integration techniques for problems with singularities and/or discontinuities. Originality/value This study presents a variety of fracture mechanics examples solved by G/XFEM in which the use of standard numerical integration with Gauss quadratures results in loss of precision. It is discussed the behaviour of subdivision of elements and mapping of integration points strategies for a range of meshes and cracks geometries, also featuring distorted elements and how they affect strain energy and stress intensity factors evaluation for both strategies.

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