De-icing technology has become an increasingly important subject in numerous applications in recent years. However, the direct numerical modeling and simulation the physical process of thermo-mechanical deicing is limited. This work is focusing on developing a numerical model and tool to direct simulate the de-icing process in the framework of the coupled thermo-mechanical peridynamics theory. Here, we adopted the fully coupled thermo-mechanical bond-based peridynamics (TM-BB-PD) method for modeling and simulation of de-icing. Within the framework of TM-BB-PD, the ice constitutive model is established by considering the influence of the temperature difference between two material points, and a modified failure criteria is proposed, which takes into account temperature effect to predict the damage of quasi-brittle ice material. Moreover, thermal boundary condition is used to simulate the thermal load in the de-icing process. By comparing with the experimental results and the previous reported finite element modeling, our numerical model shows good agreement with the previous predictions. Based on the numerical results, we find that the developed method can not only predict crack initiation and propagation in the ice, but also predict the temperature distribution and heat conduction during the de-icing process. Furthermore, the influence of the temperature for the ice crack growth pattern is discussed accordingly. In conclusion, the coupled thermal-mechanical peridynamics formulation with modified failure criterion is capable of providing a modeling tool for engineering applications of de-icing technology.

近年来，除冰技术已成为众多应用中越来越重要的主题。但是，直接数值建模和模拟热机械除冰的物理过程是有限的。这项工作的重点是在耦合的热机械周动力理论的框架内开发一个数值模型和工具来直接模拟除冰过程。在这里，我们采用完全耦合的基于热机械键的绕动力学（TM-BB-PD）方法对除冰过程进行建模和仿真。在TM-BB-PD的框架内，考虑两个材料点之间的温差的影响，建立了冰的本构模型，并提出了一种修正的破坏准则，该准则考虑了温度效应来预测准冰的破坏。脆冰材料。此外，热边界条件用于模拟除冰过程中的热负荷。通过与实验结果和先前报道的有限元建模进行比较，我们的数值模型与先前的预测显示出良好的一致性。基于数值结果，我们发现所开发的方法不仅可以预测冰中的裂纹萌生和扩展，而且可以预测除冰过程中的温度分布和热传导。此外，相应地讨论了温度对冰裂纹生长方式的影响。总而言之，具有改进的失效准则的热力学围动力学耦合公式能够为除冰技术的工程应用提供建模工具。通过与实验结果和先前报道的有限元建模进行比较，我们的数值模型与先前的预测显示出良好的一致性。基于数值结果，我们发现所开发的方法不仅可以预测冰中的裂纹萌生和扩展，而且可以预测除冰过程中的温度分布和热传导。此外，相应地讨论了温度对冰裂纹生长方式的影响。总而言之，具有改进的失效准则的热力学围动力学耦合公式能够为除冰技术的工程应用提供建模工具。通过与实验结果和先前报道的有限元建模进行比较，我们的数值模型与先前的预测显示出良好的一致性。基于数值结果，我们发现所开发的方法不仅可以预测冰中的裂纹萌生和扩展，而且可以预测除冰过程中的温度分布和热传导。此外，相应地讨论了温度对冰裂纹生长方式的影响。总而言之，具有改进的失效准则的热力学围动力学耦合公式能够为除冰技术的工程应用提供建模工具。基于数值结果，我们发现所开发的方法不仅可以预测冰中的裂纹萌生和扩展，而且可以预测除冰过程中的温度分布和热传导。此外，相应地讨论了温度对冰裂纹生长方式的影响。总而言之，具有改进的失效准则的热力学围动力学耦合公式能够为除冰技术的工程应用提供建模工具。基于数值结果，我们发现所开发的方法不仅可以预测冰中的裂纹萌生和扩展，而且可以预测除冰过程中的温度分布和热传导。此外，相应地讨论了温度对冰裂纹生长方式的影响。总而言之，具有改进的失效准则的热力学围动力学耦合公式能够为除冰技术的工程应用提供建模工具。