Dynamic crack propagation is analyzed for a semi-infinite body with an edge crack under Mode I tensile loading using two-dimensional finite crack elements. The crack elements, which are extended from the moving least square-based variable-node elements, enable one to model the discontinuity of crack faces and the crack-tip singularity. It needs only minimal amount of the mesh reconstruction as the crack tip moves. The numerical solutions for increasing sizes of the domain are compared with the analytical solution for the semi-infinite body. A good agreement between the solutions is observed in that the major characteristic of the analytical solution is captured in the finite element solution.
본 연구를 통하여 모서리 균열이 있는 반무한체에 Mode I 하중이 작용하고 있을 때, 동적 균열 진전 문제를 이동최소제곱 기반 균열 유한요소를 이용하여 해석을 수행하였다. 균열 유한요소는 이동최소제곱 기반 변절점 유한요소를 이용한 것으로, 균열 선단의 특이성과 균열면의 불연속성을 표현할 수 있다. 이동최소제곱 기반 균열 유한요소를 적용하여 균열 진전에 따른 요소망의 재구성 문제를 간단하게 해결하였다. 이는 요소망의 재구성에 들어가는 노력을 최소화하여 동적 균열 진전 문제를 해석하였으므로 효율적인 방법이라고 할 수 있다. 해석영역을 점점 늘리는 방법으로 동적 하중을 받는 반무한체에서의 이차원 균열 문제를 해석함으로써 동적 해석에서의 이동최소제곱 기반 균열 유한요소를 적용한 방법론의 정확성과 타당성을 확인하였다. 먼저 진전하지 않는 정지된 균열, 즉 균열 진전 속도가 0인 문제를 해석하여 정규화된 응력 집중 계수 값을 엄밀해와 비교함으로써 해의 정확성을 확인하였다. 다음으로 균열이 진전할 때, 즉 균열 진전 속도가 0이 아닌 동적 균열 진전 문제를 이 수치해석 기법으로 해석하여 엄밀해와 비교하였다. 그 결과, Mode I 동적 균열 문제에서의 여러 파괴역학적 변수들이 타당하다는 것을 보였다.
