Abstract The use of multiscale schemes for computational failure evaluations of quasi-brittle composites, particularly concrete, has become a promising challenge for evaluating the complex degradation mechanisms at different scales of observations. In the framework of standard finite element procedures, both concurrent and semi-concurrent multiscale procedures have so far been considered for analysing failure behaviour of quasi-brittle materials. When it comes to composite materials like concrete with heterogeneous meso-structures due to the presence of highly irregular inclusions regarding both size and geometry, the material meso-structure critically determines the macroscopic mechanical properties and thus the mechanical response to external loading. In this work a concurrent multiscale method is proposed for numerical analysis of the failure behaviour of heterogeneous and quasi-brittle materials like concrete. This is based on combining a discretization based on the Virtual Element Method (VEM) and Interface Elements (IEs) in the framework of the discrete crack approach using a mixed augmented Lagrangian for the interfaces. Mesoscale numerical simulations of 3 point beam specimens are presented to assess the quality of the proposed concurrent multiscale procedure to accurately and effectively capture the relevant features of their failure mechanisms, highlighting the advantages of using the VEM technology.

中文翻译：

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一种基于虚拟元和界面的准脆性异质复合材料并发多尺度失效分析方法

摘要 使用多尺度方案对准脆性复合材料，特别是混凝土进行计算失效评估，已成为评估不同观测尺度下复杂退化机制的一个有希望的挑战。在标准有限元程序的框架内，并行和半并行多尺度程序迄今已被考虑用于分析准脆性材料的失效行为。当涉及到具有异质细观结构的混凝土等复合材料时，由于存在关于尺寸和几何形状的高度不规则的夹杂物，材料细观结构决定了宏观力学性能，从而决定了对外部载荷的机械响应。在这项工作中，提出了一种并行多尺度方法，用于对混凝土等异质和准脆性材料的破坏行为进行数值分析。这是基于在离散裂纹方法的框架中结合基于虚拟元素方法 (VEM) 和界面元素 (IE) 的离散化，对界面使用混合增广拉格朗日函数。提出了 3 点梁试样的中尺度数值模拟，以评估所提出的并发多尺度程序的质量，以准确有效地捕捉其失效机制的相关特征，突出使用 VEM 技术的优势。这是基于在离散裂纹方法的框架中结合基于虚拟元素方法 (VEM) 和界面元素 (IE) 的离散化，对界面使用混合增广拉格朗日函数。提出了 3 点梁试样的中尺度数值模拟，以评估所提出的并发多尺度程序的质量，以准确有效地捕捉其失效机制的相关特征，突出使用 VEM 技术的优势。这是基于在离散裂纹方法的框架中结合基于虚拟元素方法 (VEM) 和界面元素 (IE) 的离散化，对界面使用混合增广拉格朗日函数。提出了 3 点梁试样的中尺度数值模拟，以评估所提出的并发多尺度程序的质量，以准确有效地捕捉其失效机制的相关特征，突出使用 VEM 技术的优势。