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Characteristics of Dynamic Wave Propagation in Peridynamic Analysis with Nonlocal Ghost Interlayer

가상 층간 구조 페리다이나믹 해석의 파동 전파 특성 검토

  • Ha, Youn Doh (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Kunsan National University)
  • 하윤도 (군산대학교 조선해양공학과)
  • Received : 2019.07.08
  • Accepted : 2019.08.02
  • Published : 2019.08.31

Abstract

Multilayered structures include lamination by relatively thick plies and thin interlayers. For efficient peridynamic analysis of dynamic fracturing multilayered structures, the interlayer is modeled using ghost peridynamic particles while the ply is formulated via real peridynamics. With the nonlocal ghost interlayer, one may keep the discretization resolution low for the ply. In this study, the characteristics of dynamic wave propagation through the nonlocal ghost interlayer in peridynamic analysis are investigated. It is observed that the interlayer not only binds adjacent plies, but also significantly influences energy transfer between plies, and thereby their deformation and motion. In addition, near a surface or boundary, peridynamic particles do not have a full nonlocal neighborhoods. This causes the effective material properties near the surface to be different from those in the bulk. Surface correction based on neighborhood volumes is employed. The impact of surface correction on wave propagation in multilayered structures is investigated.

다중적층구조는 상대적으로 두꺼운 주 적층구조(ply)와 얇은 층간구조(interlayer)를 반복하여 붙여서 만들어진다. 적층구조의 동적 파괴 페리다이나믹 해석을 효율적으로 수행하기 위해 주 적층구조만 실제 페리다이나믹 절점으로 모델링하고 층간구조는 가상의 절점으로 간략히 모델링하는 비국부 가상 층간구조 모델링 기법을 도입한다. 이를 통해 얇은 층간구조의 수치적 이산화 정도는 무시하고 상대적으로 두꺼운 주 적층구조를 해석하기에 적절한 수준의 수치적 이산화만으로 효율적인 페리다이나믹 모델링 및 해석을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 가상 층간 구조 페리다이나믹 해석의 파동 전파 특성을 분석한다. 층간 구조는 인접한 적층판들을 접합하는 역할뿐만 아니라 적층판 사이의 에너지 전달 특성에도 영향을 주기 때문에 적층구조물의 변형 및 운동에도 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다. 또한 경계 근처에서 페리다이나믹 절점은 불완전한 형태의 비국부 영역을 구성하는데, 이를 통해 완전한 비국부 영역을 구성하는 내부 절점과 경계 근처의 절점에서 재료 물성치 효과가 달라지게 된다. 본 연구에서는 이와 같은 표면 효과를 보정하기 위해 비국부 체적 기반의 보정법을 도입하고, 표면 효과 보정이 다중적층 구조물의 파동 전파에 미치는 영향을 조사한다.

Keywords

References

  1. Agwai, A., Guven, I., Madenci, E. (2011) Predicting Crack Propagation with Peridynamics: A Comparative Study, Int. J. Fract., 171(1), pp.65-78. https://doi.org/10.1007/s10704-011-9628-4
  2. Ahn, T.S., Ha, Y.D. (2017) Study on Peridynamic Interlayer Modeling for Multilayered Structures, J. Comput. Strcut. Eng. Inst. Korea, 30(5), pp.389-396. https://doi.org/10.7734/COSEIK.2017.30.5.389
  3. Bless, S., Chen, T. (2010) Impact Damage in Layered Glass, Int. J. Fract., 162(1-2), pp.151-158. https://doi.org/10.1007/s10704-009-9379-7
  4. Bobaru, F., Ha, Y.D., Hu, W. (2012) Damage Progression from Impact in Multilayered Glass Modeled with Peridynamics, Cent. Eur. J. Eng., 2(4), pp.551-561.
  5. Ha, Y.D. (2019) Dynamic Fracture Analysis of High-Speed Impact on Granite with Peridynamic Plasticity, J. Comput. Strcut. Eng. Inst. Korea, 31(6), pp.373-380. https://doi.org/10.7734/COSEIK.2018.31.6.373
  6. Ha, Y.D., Ahn, T.S. (2018) Peridynamic Impact Fracture Analysis of Multilayered Glass with Nonlocal Ghost Interlayer Model, J. Comput. Strcut. Eng. Inst. Korea, 31(6), pp.373-380. https://doi.org/10.7734/COSEIK.2018.31.6.373
  7. Ha, Y.D., Bobaru, F. (2010) Studies of Dynamic Crack Propagation and Crack Branching with Peridynamics, Int. J. Fract., 162(1-2), pp.229-244. https://doi.org/10.1007/s10704-010-9442-4
  8. Ha, Y.D., Bobaru, F. (2011) Characteristics of Dynamic Brittle Fracture Captured with Peridynamics, Eng. Fract. Mech., 78(6), pp.1156-1168. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2010.11.020
  9. Ha, Y.D., Cho, S. (2011) Dynamic Brittle Fracture Captured with Peridynamics: Crack Branching Angle & Crack Propagation Speed, J. Comput. Strcut. Eng. Inst. Korea, 24(6), pp.637-643.
  10. Ha, Y.D., Cho, S. (2012) Nonlocal Peridynamic Models for Dynamic Brittle Fracture in Fiber-Reinforced Composites: Study on Asymmetrically Loading State, J. Comput. Strcut. Eng. Inst. Korea, 25(4), pp.279-292. https://doi.org/10.7734/COSEIK.2012.25.4.279
  11. Ha, Y.D., Lee, J., Hong, J.W. (2015) Fracturing Patterns of Rock-like Materials in Compression Captured with Peridynamics, Eng. Fract. Mech., 144, pp.176-193. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.06.064
  12. Hu, W., Ha, Y.D., Bobaru, F. (2011) Modeling Dynamic Fracture and Damage in Fiber-Reinforced Composites with Peridynamics, Int. J. Multiscale Comp. Eng., 9(6), pp.707-726. https://doi.org/10.1615/IntJMultCompEng.2011002651
  13. Hu, W., Ha, Y.D., Bobaru, F. (2012) Peridynamic Model for Dynamic Fracture in Unidirectional Fiber-Reinforced Composites, Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 217, pp.247-261. https://doi.org/10.1016/j.cma.2012.01.016
  14. Hu, W., Wang, Y., Yu, J., Yen, C., Bobaru, F. (2013) Impact Damage on a Thin Glass Plate with a Thin Polycarbonate Backing, Int. J. Imp. Eng., 62, pp.152-165. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2013.07.001
  15. Le, Q.V., Bobaru, F. (2018), Surface Corrections for Peridynamic Models in Elasticity and Fracture, Comput. Mech., 61(40), pp.499-518. https://doi.org/10.1007/s00466-017-1469-1
  16. Silling, S.A. (2000) Reformulation of Elasticity Theory for Discontinuities and Long-Range Forces, J. Mech. & Phys. Solids, 48, pp.175-209. https://doi.org/10.1016/S0022-5096(99)00029-0
  17. Silling, S., Askari, E. (2005), A Meshfree Method based on the Peridynamic Model of Solid Mechanics. Comput. Struct., 83(17-18), pp.1526-1535. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2004.11.026
  18. Silling, S.A., Epton, M., Weckner, O., Xu, J., Askari, E. (2007) Peridynamics States and Constitutive Modeling, J. Elasticity., 88, pp.151-184. https://doi.org/10.1007/s10659-007-9125-1