A Simplified Method for Calculating the Crack-Tip Field of Functionally Graded Materials Using the Domain Integral

有限元法 领域(数学分析) 强度因子 材料科学 材料性能 半径 积分方程 数学分析 积分域 压力(语言学) 领域(数学) 结构工程 数学 计算机科学 复合材料 工程类 语言学 哲学 计算机安全 纯数学
作者
Peng Gu,Ming Dao,R.J. Asaro
出处
期刊:Journal of Applied Mechanics [ASM International]
卷期号:66 (1): 101-108 被引量:155
标识
DOI:10.1115/1.2789135
摘要

A finite element based method is proposed for calculating stress intensity factors of functionally graded materials (FGMs). We show that the standard domain integral is sufficiently accurate when applied to FGMs; the nonhomogeneous term in the domain integral for nonhomogeneous materials is very small compared to the first term (the standard domain integral). In order to obtain it, the domain integral is evaluated around the crack tip using sufficiently fine mesh. We have estimated the error in neglecting the second term in terms of the radius of the domain for the domain integration, the material properties and their gradients. The advantage of the proposed method is that, besides its accuracy, it does not require the input of material gradients, derivatives of material properties; and existing finite element codes can be used for FGMs without much additional work. The numerical examples show that it is accurate and efficient. Also, a discussion on the fracture of the FGM interlayer structure is given.
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