<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.1 20151215//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.1/JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xml:lang="en" article-type="research-article" dtd-version="1.1">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="pmc">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="nlm-ta">CMES</journal-id>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">CMES</journal-id>
<journal-title-group>
<journal-title>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</journal-title>
</journal-title-group>
<issn pub-type="epub">1526-1506</issn>
<issn pub-type="ppub">1526-1492</issn>
<publisher>
<publisher-name>Tech Science Press</publisher-name>
<publisher-loc>USA</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">26922</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2023.026922</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Article</subject>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>ABAQUS and ANSYS Implementations of the Peridynamics-Based Finite Element Method (PeriFEM) for Brittle Fractures</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">ABAQUS and ANSYS Implementations of the Peridynamics-Based Finite Element Method (PeriFEM) for Brittle Fractures</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">ABAQUS and ANSYS Implementations of the Peridynamics-Based Finite Element Method (PeriFEM) for Brittle Fractures</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib id="author-1" contrib-type="author" corresp="yes">
<name name-style="western"><surname>Han</surname><given-names>Fei</given-names></name><email>hanfei@dlut.edu.cn</email></contrib>
<contrib id="author-2" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Li</surname><given-names>Zhibin</given-names></name></contrib>
<contrib id="author-3" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Zhang</surname><given-names>Jianyu</given-names></name></contrib>
<contrib id="author-4" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Liu</surname><given-names>Zhiying</given-names></name></contrib>
<contrib id="author-5" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Yao</surname><given-names>Chen</given-names></name></contrib>
<contrib id="author-6" contrib-type="author">
<name name-style="western"><surname>Han</surname><given-names>Wenping</given-names></name></contrib>
<aff>
<label></label><institution>State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Department of Engineering Mechanics, Dalian University of Technology</institution>, <addr-line>Dalian, 116023</addr-line>, <country>China</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>&#x002A;</label>Corresponding Author: Fei Han. Email: <email>hanfei@dlut.edu.cn</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date date-type="collection" publication-format="electronic"><year>2023</year></pub-date>
<pub-date date-type="pub" publication-format="electronic">
<day>2</day><month>3</month><year>2023</year>
</pub-date>
<volume>136</volume>
<issue>3</issue>
<fpage>2715</fpage>
<lpage>2740</lpage>
<history>
<date date-type="received">
<day>03</day><month>10</month><year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>01</day><month>12</month><year>2022</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>&#x00A9; 2023 Han et al.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Han et al.</copyright-holder>
<license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>This work is licensed under a <ext-link ext-link-type="uri" xlink:type="simple" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International License</ext-link>, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
</license>
</permissions>
<self-uri content-type="pdf" xlink:href="TSP_CMES_26922.pdf"></self-uri>
<abstract>
<p>In this study, we propose the first unified implementation strategy for peridynamics in commercial finite element method (FEM) software packages based on their application programming interface using the peridynamics-based finite element method (PeriFEM). Using ANSYS and ABAQUS as examples, we present the numerical results and implementation details of PeriFEM in commercial FEM software. PeriFEM is a reformulation of the traditional FEM for solving peridynamic equations numerically. It is considered that the non-local features of peridynamics yet possesses the same computational framework as the traditional FEM. Therefore, this implementation benefits from the consistent computational frameworks of both PeriFEM and the traditional FEM. An implicit algorithm is used for both ANSYS and ABAQUS; however, different convergence criteria are adopted owing to their unique features. In ANSYS, APDL enables users to conveniently obtain broken-bond information from UPFs; thus, the convergence criterion is chosen as no new broken bond. In ABAQUS, obtaining broken-bond information is not convenient for users; thus, the default convergence criterion is used in ABAQUS. The codes integrated into ANSYS and ABAQUS are both verified through benchmark examples, and the computational convergence and costs are compared. The results show that, for some specific examples, ABAQUS is more efficient, whereas the convergence criterion adopted in ANSYS is more robust. Finally, 3D examples are presented to demonstrate the ability of the proposed approach to deal with complex engineering problems.</p>
</abstract>
<kwd-group kwd-group-type="author">
<kwd>PeriFEM</kwd>
<kwd>peridynamics</kwd>
<kwd>ANSYS</kwd>
<kwd>ABAQUS</kwd>
<kwd>damage</kwd>
<kwd>fracture</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<label>1</label><title>Introduction</title>
<p>Establishing mathematical models for natural phenomena is the second paradigm in the scientific investigation [<xref ref-type="bibr" rid="ref-1">1</xref>]. More specifically, in the engineering and physics fields, many problems are traditionally summarized as a (group of) partial differential equation(s). However, the analytical solutions of these equations are usually difficult to obtain, and thus, we have to rely on numerical methods [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. The finite element method (FEM) is one of the most popular numerical methods due to its standardized analysis process and applicability to a wide variety of problems.</p>
<p>However, the development of the FEM has not been smooth sailing, and it is said that even a well-known journal at that time shunned papers on the finite element method for many years [<xref ref-type="bibr" rid="ref-3">3</xref>]. In the 1960s, things turned around benefiting from Ed Wilson&#x2019;s liberal distribution of his first programs, making more and more people realize the value of the FEM and devote themselves to this field. Then in the next few decades, numerous FEM software sprang up, which greatly promoted the application of the FEM in engineering practice. In particular, commercial FEM software uses interactive windows to make applications more convenient and their appearance also makes the finite element analysis easier.</p>
<p>With the development of cutting-edge science and technologies over the past few years, the service environment of engineering structures has become increasingly complicated, and their analysis is facing new challenges, such as fracture. For these challenges, traditional commercial FEM software is probably to be ineffective. There are two main strategies to approach these problems: (1) developers integrate advanced techniques into the software directly or (2) users incorporate advanced techniques into the software using a programmable interface. The first option may be more suitable for more mature technology because software development is expensive in terms of time and funding. The second option is better able to adapt to the most advanced techniques and accumulate experience for the first option. For example, before ABAQUS launched a version containing the extended finite element method (XFEM), Fang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-4">4</xref>] had implemented XFEM simulations in it. For other methods that have received widespread attention, such as the cohesive zone model and the phase field model of fracture [<xref ref-type="bibr" rid="ref-5">5</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-6">6</xref>], there are also related works in which these methods were implemented in existing software. For example, Lindgaard et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-7">7</xref>] presented a cohesive zone finite element method implemented via user programmable features (UPFs) in ANSYS; and Msekh et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-8">8</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-10">10</xref>] incorporated the phase field model of fracture with ABAQUS via subroutines.</p>
<p>Peridynamics has also attracted considerable research attention as a new non-local theory [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>], and has been applied to many engineering problems, such as the stress analysis in the vicinity of the crack tip [<xref ref-type="bibr" rid="ref-13">13</xref>], fracture modelling of reinforced concrete [<xref ref-type="bibr" rid="ref-14">14</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-15">15</xref>], and the inelastic fracture [<xref ref-type="bibr" rid="ref-16">16</xref>], etc. The governing equations in peridynamics are integral&#x2013;differential equations rather than partial differential equations. Therefore, discontinuities are naturally tolerated, which offers considerable advantages when simulating fracture problems. Thus, incorporating peridynamics into commercial FEM software could considerably promote its engineering applications. However, because of the integration aspect of peridynamic equations, only a few studies have used element-based methods to solve them [<xref ref-type="bibr" rid="ref-17">17</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-19">19</xref>]; most studies use particle-based methods that can directly approximate the integration as a Riemann summation [<xref ref-type="bibr" rid="ref-20">20</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-22">22</xref>], which is hardly compatible with commercial FEM software. To the best of the authors&#x2019; knowledge, only a few studies have implemented peridynamics in commercial FEM software [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>]. Diyaroglu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-23">23</xref>] used a truss element to present the peridynamic bond [<xref ref-type="bibr" rid="ref-27">27</xref>], and peridynamics simulations were implemented in ANSYS. Huang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-24">24</xref>] defined the collection of all peridynamic particles in a horizon as a new element and conducted peridynamics simulations in ABAQUS. However, this type of element is undefined around the boundary, and thus a coupled model had to be used. Bie et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-25">25</xref>] overcame the aforementioned problems around the boundary and implemented dual peridynamics in ABAQUS. However, they had to define many types of elements. Anicode et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-26">26</xref>] used native MATRIX27 elements to perform peridynamic analysis in ANSYS. Notably, in existing reports, although peridynamics was implemented in FEM software, most of them used particles and regular grid for spatial discretization. On the other hand, an element-based implementation of peridynamics in commercial FEM software is still inadequate, particularly with irregular meshes. To our knowledge, Ren et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-28">28</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-29">29</xref>] achieved the element-based peridynamics through a packaged peridynamic module in LS-DYNA. In this work, we consider the implementation based on the Application Programming Interface (API) of the software, which will be beneficial to the users for their specific requirements.</p>
<p>In this study, we propose a unified implementation technique for peridynamics in commercial FEM software based on the peridynamics-based finite element method (PeriFEM) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>]. PeriFEM was established in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>], and in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>], an adaptive continuous/discrete element technique was proposed as a supplement to [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>]. However, both Han et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>] and Li et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>] employed an in-house code. In contrast, in this work, we concentrate on the implementation of PeriFEM in commercial FEM software based on its application programming interface (API) [<xref ref-type="bibr" rid="ref-32">32</xref>], which should be beneficial to users by better adapting to their specific requirements. PeriFEM is an element-based method in which only two types of elements are required. More importantly, the computational framework of PeriFEM is consistent with that of traditional FEM; thus, it can be conveniently implemented in any commercial FEM software with a programmable interface. Therefore, we implemented peridynamics simulations in ANSYS and ABAQUS using PeriFEM. The implementation process in these two pieces of software is similar, which shows that PeriFEM can be easily extended to other commercial FEM software packages. In addition, two different convergence criteria for the implicit iteration process are used in ANSYS and ABAQUS.</p>
<p>The rest of this paper is organized as follows. <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref> reviews the basic formulations of bond-based peridynamics. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> introduces PeriFEM in detail, including the definition of elements, shape functions, and establishment of linear equations. <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref> is devoted to the numerical algorithm of PeriFEM and two convergence criteria. <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref> describes the implementation of PeriFEM in ANSYS and ABAQUS. Numerical examples are presented in <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref> to verify the proposed algorithms and programs. Finally, conclusions are drawn in <xref ref-type="sec" rid="s7">Section 7</xref>.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<label>2</label><title>Review of Peridynamics</title>
<p>Peridynamics is a reformulation of elasticity theory for discontinuities and long-range forces [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>], which assumes that a point in the peridynamic continuum can interact with all points in its neighborhood through bonds. According to the mode of action of the force associated with the bonds, peridynamic formulations can be classified into bond-based and state-based peridynamics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-12">12</xref>]. Here, we focus on the first one in the quasi-static case, and all mentions of &#x201C;peridynamics&#x201D; in subsequent sections refer to bond-based peridynamics.</p>
<p>Similar to classical elasticity theory, there are three groups of basic equations in peridynamics, i.e., the equilibrium, constitutive, and kinematic equations. These can be respectively expressed as<disp-formula id="eqn-1a"><label>(1a)</label><mml:math id="mml-eqn-1a" display="block"><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula><disp-formula id="eqn-1b"><label>(1b)</label><mml:math id="mml-eqn-1b" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-1c"><label>(1c)</label><mml:math id="mml-eqn-1c" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-1"><mml:math id="mml-ieqn-1"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>&#x2282;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the reference configuration, <inline-formula id="ieqn-2"><mml:math id="mml-ieqn-2"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-3"><mml:math id="mml-ieqn-3"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are points in <inline-formula id="ieqn-4"><mml:math id="mml-ieqn-4"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-5"><mml:math id="mml-ieqn-5"><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the neighborhood of point <inline-formula id="ieqn-6"><mml:math id="mml-ieqn-6"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with a cut-off radius <inline-formula id="ieqn-7"><mml:math id="mml-ieqn-7"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-8"><mml:math id="mml-ieqn-8"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the external body force, <inline-formula id="ieqn-9"><mml:math id="mml-ieqn-9"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a relative position vector referred to as a bond, and <inline-formula id="ieqn-10"><mml:math id="mml-ieqn-10"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-11"><mml:math id="mml-ieqn-11"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are the measure of deformation and the pairwise force vector of bond <inline-formula id="ieqn-12"><mml:math id="mml-ieqn-12"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively. In addition to these basic equations, there are displacement boundary conditions in peridynamics, which can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-2"><label>(2)</label><mml:math id="mml-eqn-2" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2217;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi mathvariant="normal">&#x2200;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>here, <inline-formula id="ieqn-13"><mml:math id="mml-ieqn-13"><mml:mi mathvariant="normal">&#x2202;</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> refers to a part of the boundary of <inline-formula id="ieqn-14"><mml:math id="mml-ieqn-14"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> where a prescribed displacement is applied. In addition, traction boundary conditions are not considered directly in peridynamics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-33">33</xref>].</p>
<p><inline-formula id="ieqn-15"><mml:math id="mml-ieqn-15"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1b">Eq. (1b)</xref> is the micro-modulus tensor, which is defined as [<xref ref-type="bibr" rid="ref-11">11</xref>]</p>
<p><disp-formula id="eqn-3"><label>(3)</label><mml:math id="mml-eqn-3" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-16"><mml:math id="mml-ieqn-16"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> denotes the micro-modulus coefficient. Furthermore, <inline-formula id="ieqn-17"><mml:math id="mml-ieqn-17"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be multiplicatively decomposed into a bond length-related part <inline-formula id="ieqn-18"><mml:math id="mml-ieqn-18"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and a non-related part <inline-formula id="ieqn-19"><mml:math id="mml-ieqn-19"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> (where <inline-formula id="ieqn-20"><mml:math id="mml-ieqn-20"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-21"><mml:math id="mml-ieqn-21"><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi></mml:math></inline-formula> are the polar and azimuthal angles of <inline-formula id="ieqn-22"><mml:math id="mml-ieqn-22"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in spherical coordinates, respectively), i.e.,</p>
<p><disp-formula id="eqn-4"><label>(4)</label><mml:math id="mml-eqn-4" display="block"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-23"><mml:math id="mml-ieqn-23"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be a function of <inline-formula id="ieqn-24"><mml:math id="mml-ieqn-24"><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the form of a constant (e.g., <inline-formula id="ieqn-25"><mml:math id="mml-ieqn-25"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]), linear (e.g., <inline-formula id="ieqn-26"><mml:math id="mml-ieqn-26"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo fence="false" stretchy="false">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-34">34</xref>]), or exponential function (e.g., <inline-formula id="ieqn-27"><mml:math id="mml-ieqn-27"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>], where <inline-formula id="ieqn-28"><mml:math id="mml-ieqn-28"><mml:mi>l</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a characteristic length related to the fracture process zone, see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-36">36</xref>]), among others. Here, we adopted an exponential function. <inline-formula id="ieqn-29"><mml:math id="mml-ieqn-29"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> can be determined according to the deformation energy equivalence between peridynamics and classical continuum mechanics. For isotropic materials, <inline-formula id="ieqn-30"><mml:math id="mml-ieqn-30"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> degenerates to a constant <inline-formula id="ieqn-31"><mml:math id="mml-ieqn-31"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> related to Young&#x2019;s modulus <italic>E</italic>, i.e.,</p>
<p><disp-formula id="eqn-5"><label>(5)</label><mml:math id="mml-eqn-5" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;and plane-stress</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn><mml:mi>&#x03C0;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;and plane-strain</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>r</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>for&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>For anisotropic materials, the calculation of <inline-formula id="ieqn-32"><mml:math id="mml-ieqn-32"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is presented in the <xref ref-type="app" rid="app-1">Appendix</xref>.</p>
<p>When material failure needs to be considered, the simplest method is to allow the bonds to break. Here, we use the criterion proposed in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>] to introduce material failure into the corresponding constitutive equation. The criterion is</p>
<p><disp-formula id="eqn-6"><label>(6)</label><mml:math id="mml-eqn-6" display="block"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign="left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>for all</mml:mtext></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>otherwise</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo fence="true" stretchy="true" symmetric="true"></mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-33"><mml:math id="mml-ieqn-33"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-34"><mml:math id="mml-ieqn-34"><mml:mi>&#x03C4;</mml:mi></mml:math></inline-formula> denote computational steps, <inline-formula id="ieqn-35"><mml:math id="mml-ieqn-35"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a history-dependent scalar-valued function that records whether <inline-formula id="ieqn-36"><mml:math id="mml-ieqn-36"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is broken, <inline-formula id="ieqn-37"><mml:math id="mml-ieqn-37"><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is the bond stretch, and <inline-formula id="ieqn-38"><mml:math id="mml-ieqn-38"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the critical bond stretch, which is generally considered to be related to the critical energy release rate [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="ref-37">37</xref>]. Multiplying the right-hand side of <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-3">Eq. (3)</xref> by <inline-formula id="ieqn-39"><mml:math id="mml-ieqn-39"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> yields a constitutive equation that includes bond breaking (see [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>], <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-18">Eq. (18)</xref>). Based on the broken bonds, one can define the effective damage at each point <inline-formula id="ieqn-40"><mml:math id="mml-ieqn-40"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as [<xref ref-type="bibr" rid="ref-21">21</xref>]</p>
<p><disp-formula id="eqn-7"><label>(7)</label><mml:math id="mml-eqn-7" display="block"><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>to determine macroscopic crack paths.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<label>3</label><title>Peridynamics-Based Finite Element Method (PeriFEM)</title>
<p>Standardization of the analysis process is one of the most salient features of the FEM, which is also one of the main reasons for its wide use in engineering analysis. In our previous studies, we derived the linear equations of PeriFEM based on the principle of minimum potential energy [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>] and the principle of virtual work [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>]. In the present study, we will show the general steps of PeriFEM based on the general steps of the FEM, as described in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-2">2</xref>]. The reader will find that the computational framework of PeriFEM is consistent with that of the FEM, which enables the implementation of PeriFEM in FEM software.</p>
<sec id="s3_1">
<label>3.1</label><title>Discretization and Selection of Element Types</title>
<p>This section is devoted to the spatial discretization and the definition of elements in PeriFEM. There are two types of element in this method. One is the <italic>local element</italic> for local quantities, such as body force, and the other is the <italic>peridynamic element</italic> (non-local element) for non-local quantities, such as peridynamic long-range force.</p>
<p>The definition of local elements is a generalization of the <italic>finite element</italic> in the FEM. In the FEM, a configuration <inline-formula id="ieqn-41"><mml:math id="mml-ieqn-41"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is divided into a finite number of elements <inline-formula id="ieqn-42"><mml:math id="mml-ieqn-42"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, that is, <inline-formula id="ieqn-43"><mml:math id="mml-ieqn-43"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x22C3;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-44"><mml:math id="mml-ieqn-44"><mml:mi>m</mml:mi></mml:math></inline-formula> is the element number. These elements are non-overlapping but share common edges and nodes with adjacent elements. An element that satisfies the above definitions is called a finite element. In PeriFEM, the configuration <inline-formula id="ieqn-45"><mml:math id="mml-ieqn-45"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> is also discretized by a finite number of elements, that is, <inline-formula id="ieqn-46"><mml:math id="mml-ieqn-46"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo movablelimits="false">&#x22C3;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. These elements are also non-overlapping but do not have to share edges or nodes. In other words, the only difference between a local element and a finite element is that the former has no requirement on whether nodes and edges are shared between adjacent elements. Therefore, any type of finite element in the FEM can be generalized to a local element and applied in PeriFEM.</p>
<p>The definition of peridynamic elements is based on local elements. In brief, a peridynamic element is composed of two local elements, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-1">Fig. 1</xref> (note that the local elements are not limited to quadrilaterals for 2D and hexahedrons for 3D). For any two local elements, denoted as <inline-formula id="ieqn-47"><mml:math id="mml-ieqn-47"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-48"><mml:math id="mml-ieqn-48"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, if they can interact with each other within the peridynamic horizon <inline-formula id="ieqn-49"><mml:math id="mml-ieqn-49"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, then a peridynamic element denoted as <inline-formula id="ieqn-50"><mml:math id="mml-ieqn-50"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> will be generated from them. In more formal terms, suppose the nodes of <inline-formula id="ieqn-51"><mml:math id="mml-ieqn-51"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-52"><mml:math id="mml-ieqn-52"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are <inline-formula id="ieqn-53"><mml:math id="mml-ieqn-53"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-54"><mml:math id="mml-ieqn-54"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, respectively, where <inline-formula id="ieqn-55"><mml:math id="mml-ieqn-55"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi>&#x03B2;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which are the global nodes of <inline-formula id="ieqn-56"><mml:math id="mml-ieqn-56"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula> after being discretized by local elements <inline-formula id="ieqn-57"><mml:math id="mml-ieqn-57"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The nodes of <inline-formula id="ieqn-58"><mml:math id="mml-ieqn-58"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are <inline-formula id="ieqn-59"><mml:math id="mml-ieqn-59"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula id="ieqn-60"><mml:math id="mml-ieqn-60"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Finally, a set of peridynamic elements <inline-formula id="ieqn-61"><mml:math id="mml-ieqn-61"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is generated, where <inline-formula id="ieqn-62"><mml:math id="mml-ieqn-62"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the number of peridynamic elements.</p>
<fig id="fig-1">
<label>Figure 1</label>
<caption><title>Schematic of local and peridynamic elements</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-1.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s3_2">
<label>3.2</label><title>Selection of a Displacement Function</title>
<p>Now, we introduce an approximation technique for calculating element displacement. Such a technique for local elements is similar to that used in the FEM, whereas for peridynamic elements it is based on the approximation of the corresponding local elements.</p>
<p>For any local element <inline-formula id="ieqn-63"><mml:math id="mml-ieqn-63"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the possible displacements that can be approximated using the interpolation technique can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-8"><label>(8)</label><mml:math id="mml-eqn-8" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-64"><mml:math id="mml-ieqn-64"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-65"><mml:math id="mml-ieqn-65"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are respectively the local shape function matrix and the local nodal displacement vector of <inline-formula id="ieqn-66"><mml:math id="mml-ieqn-66"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, which are defined as</p>
<p><disp-formula id="eqn-9"><label>(9)</label><mml:math id="mml-eqn-9" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center center center center center center center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-10"><label>(10)</label><mml:math id="mml-eqn-10" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left left left left left left left left left left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-67"><mml:math id="mml-ieqn-67"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x22EF;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> is the shape function of node <inline-formula id="ieqn-68"><mml:math id="mml-ieqn-68"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-69"><mml:math id="mml-ieqn-69"><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> denote the <italic>X</italic>, <italic>Y</italic>, <italic>Z</italic> displacements of node <inline-formula id="ieqn-70"><mml:math id="mml-ieqn-70"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">P</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively.</p>
<p>For any peridynamic element <inline-formula id="ieqn-71"><mml:math id="mml-ieqn-71"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, assuming that it is generated from local elements <inline-formula id="ieqn-72"><mml:math id="mml-ieqn-72"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-73"><mml:math id="mml-ieqn-73"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the displacements within <inline-formula id="ieqn-74"><mml:math id="mml-ieqn-74"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be approximated as</p>
<p><disp-formula id="eqn-11"><label>(11)</label><mml:math id="mml-eqn-11" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-12"><label>(12)</label><mml:math id="mml-eqn-12" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext mathvariant="bold">0</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-13"><label>(13)</label><mml:math id="mml-eqn-13" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>are the peridynamic shape function matrix and the peridynamic nodal displacement vector of <inline-formula id="ieqn-75"><mml:math id="mml-ieqn-75"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively.</p>
</sec>
<sec id="s3_3">
<label>3.3</label><title>Force/Deformation Relationship</title>
<p>Now, we express the constitutive relation in terms of the unknown nodal displacements. Notably, the constitutive response stems from peridynamic long-range forces; thus, the expression of the constitutive relation is based on peridynamic elements.</p>
<p>First, the measure of deformation <inline-formula id="ieqn-76"><mml:math id="mml-ieqn-76"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that is associated with a peridynamic element <inline-formula id="ieqn-77"><mml:math id="mml-ieqn-77"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> can be approximately expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-14"><label>(14)</label><mml:math id="mml-eqn-14" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-15"><label>(15)</label><mml:math id="mml-eqn-15" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>is the difference matrix of the shape function of <inline-formula id="ieqn-78"><mml:math id="mml-ieqn-78"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and</p>
<p><disp-formula id="eqn-16"><label>(16)</label><mml:math id="mml-eqn-16" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>is the difference operator matrix, with <inline-formula id="ieqn-79"><mml:math id="mml-ieqn-79"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> being an identity matrix of dimension <inline-formula id="ieqn-80"><mml:math id="mml-ieqn-80"><mml:mi>d</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Then, based on the constitutive equation, that is, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-1b">Eq. (1b)</xref>, the approximate pair force vector <inline-formula id="ieqn-81"><mml:math id="mml-ieqn-81"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be expressed as</p>
<p><disp-formula id="eqn-17"><label>(17)</label><mml:math id="mml-eqn-17" display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-18"><label>(18)</label><mml:math id="mml-eqn-18" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>is the matrix form of the micro-modulus tensor <inline-formula id="ieqn-82"><mml:math id="mml-ieqn-82"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for <inline-formula id="ieqn-83"><mml:math id="mml-ieqn-83"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3_4">
<label>3.4</label><title>Deriving the Element Stiffness Matrix and Equations</title>
<p>In this section, we show how to derive the element stiffness matrix and linear equations for nodal displacement according to the principle of minimum potential energy.</p>
<p>For any peridynamic element <inline-formula id="ieqn-84"><mml:math id="mml-ieqn-84"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> that is generated from local elements <inline-formula id="ieqn-85"><mml:math id="mml-ieqn-85"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-86"><mml:math id="mml-ieqn-86"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the potential energy [<xref ref-type="bibr" rid="ref-38">38</xref>] of <inline-formula id="ieqn-87"><mml:math id="mml-ieqn-87"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is</p>
<p><disp-formula id="eqn-19"><label>(19)</label><mml:math id="mml-eqn-19" display="block"><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A0;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2229;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-88"><mml:math id="mml-ieqn-88"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is composed of external body forces and the long-range forces associated with the points that do not belong to the peridynamic element <inline-formula id="ieqn-89"><mml:math id="mml-ieqn-89"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This energy is unknown for a given element<xref ref-type="fn" rid="fn1"><sup>1</sup></xref><fn id="fn1"><label>1</label><p>Although it is unknown for a given element, this does not matter as we only need the total external force vector after assembling the whole structure.</p></fn>. Furthermore, according to the contents of <xref ref-type="sec" rid="s3_2">Sections 3.2</xref> and <xref ref-type="sec" rid="s3">3.3</xref>, the potential energy is a function of the nodal displacements:</p>
<p><disp-formula id="eqn-20"><label>(20)</label><mml:math id="mml-eqn-20" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A0;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2229;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03B7;</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x22C5;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-21"><label>(21)</label><mml:math id="mml-eqn-21" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x2229;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo mathvariant="bold" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">B</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-22"><label>(22)</label><mml:math id="mml-eqn-22" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then, taking the first variation, we have</p>
<p><disp-formula id="eqn-23"><label>(23)</label><mml:math id="mml-eqn-23" display="block"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
</sec>
<sec id="s3_5">
<label>3.5</label><title>Assembling the Element Equations</title>
<p>With the element stiffness matrix at hand, we can now assemble the global stiffness matrix, global force vector, and global linear equations.</p>
<p>For convenience, we introduce the transform matrix of the degree of freedom for the nodes of <inline-formula id="ieqn-90"><mml:math id="mml-ieqn-90"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, denoted by <inline-formula id="ieqn-91"><mml:math id="mml-ieqn-91"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This matrix satisfies</p>
<p><disp-formula id="eqn-24"><label>(24)</label><mml:math id="mml-eqn-24" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-92"><mml:math id="mml-ieqn-92"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the total nodal displacement vector. Then, we can obtain the global linear equations</p>
<p><disp-formula id="eqn-25"><label>(25)</label><mml:math id="mml-eqn-25" display="block"><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-26"><label>(26)</label><mml:math id="mml-eqn-26" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="eqn-27"><label>(27)</label><mml:math id="mml-eqn-27" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>are the global stiffness matrix and global force vector, respectively.</p>
<p>In addition, <inline-formula id="ieqn-93"><mml:math id="mml-ieqn-93"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is unknown for a given peridynamic element, and thus, it is infeasible to calculate <inline-formula id="ieqn-94"><mml:math id="mml-ieqn-94"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-27">Eq. (27)</xref>. However, for the entire structure, <inline-formula id="ieqn-95"><mml:math id="mml-ieqn-95"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the external force applied to <inline-formula id="ieqn-96"><mml:math id="mml-ieqn-96"><mml:mi mathvariant="normal">&#x03A9;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Thus, we know that</p>
<p><disp-formula id="eqn-28"><label>(28)</label><mml:math id="mml-eqn-28" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">&#x00AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-29"><label>(29)</label><mml:math id="mml-eqn-29" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><inline-formula id="ieqn-97"><mml:math id="mml-ieqn-97"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the transform matrix of the degree of freedom for the nodes of <inline-formula id="ieqn-98"><mml:math id="mml-ieqn-98"><mml:msub><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and satisfies</p>
<p><disp-formula id="eqn-30"><label>(30)</label><mml:math id="mml-eqn-30" display="block"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">G</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p><bold>Remark 1.</bold> PeriFEM is also suitable for dual-horizon peridynamics [<xref ref-type="bibr" rid="ref-39">39</xref>].</p>
<p><bold>Remark 2. </bold>In the present work, the Gaussian quadrature method is used, which has been discussed in detail in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>]. For other numerical quadrature methods, refer to [<xref ref-type="bibr" rid="ref-40">40</xref>].</p>
<p><bold>Remark 3. </bold>In [<xref ref-type="bibr" rid="ref-30">30</xref>], we compared the accuracy of peridynamics implemented using a mesh-free framework and PeriFEM. There are also mesh-free methods [<xref ref-type="bibr" rid="ref-41">41</xref>] for brittle fracture modeling in addition to mesh-free peridynamics.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<label>4</label><title>Numerical Algorithm</title>
<sec id="s4_1">
<label>4.1</label><title>PeriFEM Algorithm</title>
<p>In this subsection, we introduce the PeriFEM algorithm. Considering that the failure progress of structures involves material nonlinearities, the boundary conditions are applied progressively in N incremental steps. The algorithm is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>, which depicts a detailed flowchart of PeriFEM.</p>
<fig id="fig-2">
<label>Figure 2</label>
<caption><title>Flowchart of the PeriFEM algorithm</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-2.tif"/>
</fig>
<p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-2">Fig. 2</xref>, the simulation process can be divided into three parts: pre-processing, solving, and post-processing. In the pre-processing stage, some input data is required, such as the material parameters, FEM mesh, and number of incremental steps N. Moreover, the PeriFEM mesh needs to be generated based on the FEM mesh. In the solving stage, the simulation is executed progressively at each incremental step. Each incremental step may contain several iterations, i.e., <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">Eq. (25)</xref> may be solved several times until the convergence criterion is satisfied (the convergence criterion will be addressed in the next subsection). Once the results converge, the effective damage is calculated to reveal the cracks. Then, the next incremental step is executed. The simulation ends when all incremental steps are completed.</p>
</sec>
<sec id="s4_2">
<label>4.2</label><title>Convergence Criterion</title>
<p>This subsection focuses on the convergence criterion at a given incremental step. We introduce two criteria: a bond-based criterion and an equilibrium-based criterion.</p>
<p><bold>Bond-based criterion</bold> During the numerical implementation, the definition of bonds is associated with the quadrature points in peridynamic elements, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-3">Fig. 3</xref>. For more details on bonds, readers can refer to [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>]. This convergence criterion is based on the broken bond information. More specifically, for a given incremental step, if there are no new broken bonds, then after <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">Eq. (25)</xref> is solved, we assert that the results converge at this step.</p>
<fig id="fig-3">
<label>Figure 3</label>
<caption><title>Schematic of bonds in a peridynamic element</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-3.tif"/>
</fig>
<p><bold>Equilibrium-based criterion</bold> The equilibrium-based criterion is the default criterion in ABAQUS, which is based on the equilibrium between external and internal forces [<xref ref-type="bibr" rid="ref-42">42</xref>]. For the <inline-formula id="ieqn-99"><mml:math id="mml-ieqn-99"><mml:mi>j</mml:mi></mml:math></inline-formula>th iteration in the <inline-formula id="ieqn-100"><mml:math id="mml-ieqn-100"><mml:mi>i</mml:mi></mml:math></inline-formula>th incremental step, we can obtain the global nodal displacement vector denoted by <inline-formula id="ieqn-101"><mml:math id="mml-ieqn-101"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> by solving <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-25">Eq. (25)</xref>. Then, the status <inline-formula id="ieqn-102"><mml:math id="mml-ieqn-102"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula> of each bond can be updated according to <inline-formula id="ieqn-103"><mml:math id="mml-ieqn-103"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Based on <inline-formula id="ieqn-104"><mml:math id="mml-ieqn-104"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-105"><mml:math id="mml-ieqn-105"><mml:mi>&#x03BC;</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we can calculate the nodal force (i.e., internal force) vector denoted by <inline-formula id="ieqn-106"><mml:math id="mml-ieqn-106"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and then define the residual force vector for this iteration as</p>
<p><disp-formula id="eqn-31"><label>(31)</label><mml:math id="mml-eqn-31" display="block"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msup><mml:mo>&#x2212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where <inline-formula id="ieqn-107"><mml:math id="mml-ieqn-107"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> is the external force vector at this incremental step. We assert that the results converge at this step if <inline-formula id="ieqn-108"><mml:math id="mml-ieqn-108"><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is smaller than a given tolerance.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<label>5</label><title>Implementation of PeriFEM in FEM Software</title>
<sec id="s5_1">
<label>5.1</label><title>Implementation of PeriFEM in ABAQUS</title>
<p>In ABAQUS, extracting broken-bond information is not convenient for users; thus, the equilibrium-based convergence criterion (which is the default convergence criterion in ABAQUS) is used. In other words, the incremental steps and iterations in each step are completely controlled by ABAQUS.</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-4">Fig. 4</xref> shows the relation between the subroutines and ABAQUS. At the beginning of each incremental step, the calculation model data are read from the input file (.inp), including the material data (PROPS), such as the critical stretch and micro-modulus, the geometry data (COORDS), such as the node coordinates, element nodes, and element numbers, and user-defined element information, such as peridynamic element nodes and element numbers. At each iteration, the element stiffness matrices (AMATRX), right-hand-side vectors (RHS), and state variables (SVARS), which are used to store the broken-bond information during internal computations, are calculated and updated in UEL. At the end of the incremental step, the updated variable information is transmitted to the ABAQUS main program by the UEL subroutine interface. Then, in the UMAT subroutine, the broken-bond and damage information is stored in the state variable (STATEV) through the transfer of global variables. Finally, the results, including the displacement fields and damage fields, can be displayed in the contours of ABAQUS results.</p>
<fig id="fig-4">
<label>Figure 4</label>
<caption><title>Implementation details of PeriFEM in ABAQUS using UEL and UMAT</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-4.tif"/>
</fig>
<p>In addition, although the stiffness matrix in ABAQUS is obtained entirely based on the peridynamic elements (a user-defined element type), we also need a set of local elements (the native ABAQUS elements, also known as the background elements) for the following reasons: (1) the peridynamic elements are generated from local elements, as detailed in <xref ref-type="sec" rid="s3_1">Section 3.1</xref>, and (2) the post-processor of ABAQUS does not support user-defined elements. Therefore, to enable the visualization of the simulation results in ABAQUS, native ABAQUS elements are essential. The process of visualization can be summarized as follows. First, the broken-bond information (SVARS) is obtained in UEL. Then, SVARS is passed into UMAT via the global variable (a user-defined variable), based on which the damage information (STATEV) can be obtained according to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">Eq. (7)</xref>. Finally, the damage can be visualized through the local elements.</p>
</sec>
<sec id="s5_2">
<label>5.2</label><title>Implementation of PeriFEM in ANSYS</title>
<p>In ANSYS, APDL allows to extract the broken-bond information from UserElem conveniently, and thus the bond-based convergence criterion can be used. In other words, the incremental steps and iterations in each step are completely controlled by APDL (i.e., controlled by the user).</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-5">Fig. 5</xref> shows the relation between the subroutines and ANSYS. At the beginning of each incremental step, the calculation model data are read from the input file (.cdb), including the material data, such as the critical stretch and micro-modulus, the geometry data (ELEM, node), such as node coordinates (node), element nodes, and element numbers (ELEM), and the nodes and element numbers in the user-defined peridynamic elements based on UPFs. At each iteration, the element stiffness matrices (estiff) and element broken-bond information (stored in Rsltvar) based on peridynamic elements are computed and updated in UserElem. At the end of the incremental step, the broken-bond information is transmitted to the ANSYS main program. Finally, the damage is evaluated based on the broken-bond information in the main program and then displayed directly through the GUI interface.</p>
<fig id="fig-5">
<label>Figure 5</label>
<caption><title>Implementation details of PeriFEM in ANSYS using APDL and UserElem</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-5.tif"/>
</fig>
<p>In addition, we also need both peridynamic elements and local elements in ANSYS, as stated in the previous subsection. The only difference is in how the damage information is obtained. The process of visualization in ANSYS can be summarized as follows. First, the broken-bond information (Rsltvar) is obtained via the UserElem subroutine. Then, RsltVar is extracted from UserElem by APDL, based on which the damage information for each local element can be calculated according to <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-7">Eq. (7)</xref>. Finally, the damage contour can be displayed in the <italic>postprocess</italic> module of ANSYS via the local elements.</p>
<p><bold>Remark 4. </bold>Even though PeriFEM allows both continuous and discrete local elements [<xref ref-type="bibr" rid="ref-31">31</xref>], only continuous local elements are available in ABAQUS and ANSYS. Thus, only continuous local elements were used in the present study.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<label>6</label><title>Numerical Examples</title>
<sec id="s6_1">
<label>6.1</label><title>2D Tests for the Verification and Comparison of ANSYS and ABAQUS</title>
<p>The purpose of the tests presented in this subsection is twofold. On the one hand, we first wish to verify the correct functioning of the code for implementing PeriFEM in ANSYS and ABAQUS. On the other hand, as different convergence criteria were adopted in ANSYS and ABAQUS, the convergence performance, computational cost, and predicted crack patterns need to be compared between ANSYS and ABAQUS. To this end, 2D benchmark examples are carried out using both ANSYS and ABAQUS.</p>
<sec id="s6_1_1">
<label>6.1.1</label><title>Single-Edge-Notched Plate under Tension</title>
<p>First, we consider a tension test for a single-edge-notched plate. The geometry and boundary conditions are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-6">Fig. 6</xref>. Young&#x2019;s modulus is set to <inline-formula id="ieqn-109"><mml:math id="mml-ieqn-109"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>200</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, Poisson&#x2019;s ratio is <inline-formula id="ieqn-110"><mml:math id="mml-ieqn-110"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the critical stretch is <inline-formula id="ieqn-111"><mml:math id="mml-ieqn-111"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The plate is discretized with quadrilateral local elements and the mesh size is <inline-formula id="ieqn-112"><mml:math id="mml-ieqn-112"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>mm</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. The horizon is chosen as <inline-formula id="ieqn-113"><mml:math id="mml-ieqn-113"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-114"><mml:math id="mml-ieqn-114"><mml:mn>9860</mml:mn></mml:math></inline-formula> peridynamic elements are generated. The boundary conditions are divided into <inline-formula id="ieqn-115"><mml:math id="mml-ieqn-115"><mml:mn>100</mml:mn></mml:math></inline-formula> incremental steps.</p>
<fig id="fig-6">
<label>Figure 6</label>
<caption><title>Geometry and boundary conditions of a single-edge-notched plate</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-6.tif"/>
</fig>
<p>It is known that the crack will initiate from the notch tip and propagate horizontally to the right for this test. As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-7">Fig. 7</xref>, the effective damage contours, which reveal the crack, predicted by ANSYS and ABAQUS are correct. This verifies the correct integration of the PeriFEM code into ANSYS and ABAQUS. Moreover, <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8a</xref> shows the iteration numbers in each incremental step of both ANSYS and ABAQUS. It can be seen that the iteration numbers almost coincided with each other in this test, even though different convergence criteria are adopted. <xref ref-type="fig" rid="fig-8">Fig. 8b</xref> displays the total computational costs of both ANSYS and ABAQUS. In this example, the total number of iterations of ANSYS and ABAQUS is similar, but the overall CPU times are considerably different. Notably, several factors may affect the overall CPU time. For instance, the way in which post-processing is implemented may have had a considerable impact. In ABAQUS, post-processing is implemented through the UMAT subroutine, whereas it is implemented through in-house APDL code in ANSYS.</p>
<fig id="fig-7">
<label>Figure 7</label>
<caption><title>Contours of the effective damage for a single-edge-notched plate computed by (a) ANSYS and (b) ABAQUS</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-7.tif"/>
</fig><fig id="fig-8">
<label>Figure 8</label>
<caption><title>Comparison of the number of iterations in each incremental step and total CPU time between ANSYS and ABAQUS</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-8.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s6_1_2">
<label>6.1.2</label><title>L-Shaped Panel</title>
<p>We now consider the case of an L-shaped panel. The geometry and boundary conditions are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-9">Fig. 9</xref>. Young&#x2019;s modulus is set to <inline-formula id="ieqn-116"><mml:math id="mml-ieqn-116"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>25.85</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, Poisson&#x2019;s ratio is <inline-formula id="ieqn-117"><mml:math id="mml-ieqn-117"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the critical stretch is <inline-formula id="ieqn-118"><mml:math id="mml-ieqn-118"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0006</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The panel is discretized with quadrilateral local elements, and the mesh size is <inline-formula id="ieqn-119"><mml:math id="mml-ieqn-119"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>3.6</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>mm</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. The horizon is chosen as <inline-formula id="ieqn-120"><mml:math id="mml-ieqn-120"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-121"><mml:math id="mml-ieqn-121"><mml:mn>909262</mml:mn></mml:math></inline-formula> peridynamic elements are generated. The boundary conditions are divided into <inline-formula id="ieqn-122"><mml:math id="mml-ieqn-122"><mml:mn>140</mml:mn></mml:math></inline-formula> incremental steps.</p>
<fig id="fig-9">
<label>Figure 9</label>
<caption><title>Geometry and boundary conditions of an L-shaped panel</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-9.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-10">Figs. 10a</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-10">10b</xref> display the effective damage zones predicted by ANSYS and ABAQUS, respectively, and <xref ref-type="fig" rid="fig-10">Fig. 10c</xref> compares the predicted crack paths with the experimental failure zone reported in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-43">43</xref>]. The simulated results obtained using both ANSYS and ABAQUS are in good agreement with the experimental data, which further verifies the developed code. Moreover, <xref ref-type="fig" rid="fig-11">Fig. 11</xref> shows the number of iterations in each incremental step for ANSYS and ABAQUS. The similarity between the two curves indicates that the simulated results by ANSYS and ABAQUS are in line with each other.</p>
<fig id="fig-10">
<label>Figure 10</label>
<caption><title>Contours of the effective damage for an L-shaped panel computed by (a) ANSYS and (b) ABAQUS, as well as (c) a comparison with experimental results</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-10.tif"/>
</fig><fig id="fig-11">
<label>Figure 11</label>
<caption><title>Comparison of the number of iterations in each incremental step between ANSYS and ABAQUS</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-11.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s6_1_3">
<label>6.1.3</label><title>Double-Edge-Notched Plate under Tension and Shear</title>
<p>In this test, we investigate the mixed-mode fracture of a double-edge-notched plate. The geometry and boundary conditions are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-12">Fig. 12</xref>. Young&#x2019;s modulus is set to <inline-formula id="ieqn-123"><mml:math id="mml-ieqn-123"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>30</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, Poisson&#x2019;s ratio is <inline-formula id="ieqn-124"><mml:math id="mml-ieqn-124"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the critical stretch is <inline-formula id="ieqn-125"><mml:math id="mml-ieqn-125"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.02</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The plate is discretized with quadrilateral local elements, and the mesh size is <inline-formula id="ieqn-126"><mml:math id="mml-ieqn-126"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>1.25</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>mm</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. The horizon is set as <inline-formula id="ieqn-127"><mml:math id="mml-ieqn-127"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-128"><mml:math id="mml-ieqn-128"><mml:mn>1019120</mml:mn></mml:math></inline-formula> peridynamic elements are generated. The boundary conditions are divided into <inline-formula id="ieqn-129"><mml:math id="mml-ieqn-129"><mml:mn>80</mml:mn></mml:math></inline-formula> incremental steps.</p>
<fig id="fig-12">
<label>Figure 12</label>
<caption><title>Geometry and boundary condition of a double-edge-notched plate</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-12.tif"/>
</fig>
<p>The predicted effective damage contours and a comparison with the experimental results reported in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-44">44</xref>] are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-13">Fig. 13</xref>. It can be seen that the predicted crack paths are in good agreement with the experimental results. However, one may note that the simulated results obtained with ABAQUS presented in the figure are only up to the 20th incremental step, but not for the 80th incremental step. This is because from the 21st increment onward, ABAQUS encounters a convergence issue, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-14">Fig. 14</xref>. <xref ref-type="fig" rid="fig-14">Figs. 14a</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-14">14b</xref> display the number of broken bonds and the largest residual force during the iteration, respectively. Although the number of broken bonds no longer increases, the largest residual force still does not satisfy the convergence condition and falls into a regular oscillation, which means that the iteration will never converge.</p>
<fig id="fig-13">
<label>Figure 13</label>
<caption><title>Contours of the effective damage for a double-edged plate obtained with (a) ANSYS at 20th incremental step, (b) ABAQUS at 20th incremental step, and (c) ANSYS at 80th incremental step, as well as (d) a comparison with experimental results</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-13.tif"/>
</fig><fig id="fig-14">
<label>Figure 14</label>
<caption><title>Iteration information of ABAQUS at the 21st incremental step: (a) number of broken bonds and (b) largest residual force</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-14.tif"/>
</fig>
<p><bold>Remark 5.</bold> The above non-convergence phenomenon is not a problem of the code but may stem from the constitutive model and the specimen. It was reported in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-45">45</xref>] that the discontinuity of the constitutive model can result in convergence issues.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6_2">
<label>6.2</label><title>3D Tests</title>
<p>We now investigate 3D examples using ANSYS and ABAQUS to verify the ability of the proposed method to deal with complex problems. In all tests, hexahedral local elements are used.</p>
<sec id="s6_2_1">
<label>6.2.1</label><title>Three-Point Bending Test on a Slanted Notched Beam</title>
<p>This example shows a three-point bending test of a beam with a slanted notch. More specifically, the vertical notch had an inclination of <inline-formula id="ieqn-130"><mml:math id="mml-ieqn-130"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mn>45</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>&#x2218;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> with respect to the longitudinal mid-plane section of the beam. We consider the same geometry and boundary conditions as those reported in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>], which are presented in <xref ref-type="fig" rid="fig-15">Fig. 15</xref>.</p>
<fig id="fig-15">
<label>Figure 15</label>
<caption><title>Geometry and boundary condition for the slanted notched beam</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-15.tif"/>
</fig>
<p>Young&#x2019;s modulus is set to <inline-formula id="ieqn-131"><mml:math id="mml-ieqn-131"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2.8</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, Poisson&#x2019;s ratio is <inline-formula id="ieqn-132"><mml:math id="mml-ieqn-132"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the critical stretch is <inline-formula id="ieqn-133"><mml:math id="mml-ieqn-133"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.00235</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The beam is discretized with hexahedral local elements and the mesh size is <inline-formula id="ieqn-134"><mml:math id="mml-ieqn-134"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>2.0</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>mm</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. The horizon is set as <inline-formula id="ieqn-135"><mml:math id="mml-ieqn-135"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-136"><mml:math id="mml-ieqn-136"><mml:mn>1618634</mml:mn></mml:math></inline-formula> peridynamic elements are generated. The prescribed displacement is equally divided into 100 incremental steps.</p>
<p>The ABAQUS software is used for this test. The predicted effective damage contours are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-16">Fig. 16</xref>. Initially, a mode III fracture is predominant. Therefore, it can be seen that the crack face first propagates along the direction of the slanted notch, which stems from the stress concentration around the notch caused by the asymmetrical bending of the beam. Then, as the crack propagated, the mid-plane section acts as an attractor of the crack surface owing to the coincidence between the loading and itself. Thus, a mode I fracture gradually became predominant. It can be seen that the crack surface twists gradually in space as the prescribed displacement increased. Finally, it aligns with the mid-plane section. We can conclude that the torsion of the crack surface was successfully captured in the simulation, although this torsion was not very obvious. This is due to a limitation in computational resources; the mesh is not sufficiently fine. Nonetheless, the overall results show that the proposed technique can be successfully applied to 3D problems.</p>
<fig id="fig-16">
<label>Figure 16</label>
<caption><title>Crack pattern and damage profile for the slanted notched beam</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-16.tif"/>
</fig>
<p>To better display the results, prospective views of the damage profile at various heights above the notch are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-17">Fig. 17</xref>. We used two reference (white) lines; one for marking the main damage zone and the other for marking the direction of the slanted notch to better show the rotation angle of the main damage zone. The difference between the revolving angles at different heights reveals the rotation of the damage field. The damage starts from the slanted notch, and then twists spatially and develops along the vertical direction. First, the damage field revolving angle increased rapidly. Then, it increases slowly. Finally, the top view of the damage profile is nearly along the mid-plane section of the geometric model.</p>
<fig id="fig-17">
<label>Figure 17</label>
<caption><title>Predicted damage profiles at different heights above the notch</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-17.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s6_2_2">
<label>6.2.2</label><title>Prismatic Skew-Notched Beam under Torsion</title>
<p>Finally, a prismatic skew-notched concrete beam under torsion is simulated using ANSYS. This example was also tested by Brokenshire [<xref ref-type="bibr" rid="ref-47">47</xref>] and reported in detail in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-48">48</xref>]. The concrete specimen used in those experiments included two steel frames at both ends. However, due to Saint Venant&#x2019;s principle, these steel frames can be simplified as displacement constraints and have minimal influence on the stress state near the notch. The geometry and boundary conditions of such a simplified model are shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-18">Fig. 18</xref>.</p>
<fig id="fig-18">
<label>Figure 18</label>
<caption><title>Geometry and boundary conditions of the prismatic skew-notched beam</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-18.tif"/>
</fig>
<p>Young&#x2019;s modulus is set to <inline-formula id="ieqn-137"><mml:math id="mml-ieqn-137"><mml:mi>E</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>35</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, Poisson&#x2019;s ratio is <inline-formula id="ieqn-138"><mml:math id="mml-ieqn-138"><mml:mi>&#x03BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the critical stretch is <inline-formula id="ieqn-139"><mml:math id="mml-ieqn-139"><mml:msub><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0006316</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The beam is discretized with hexahedral local elements and the mesh size is <inline-formula id="ieqn-140"><mml:math id="mml-ieqn-140"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x2248;</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mtext>&#xA0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle="false" scriptlevel="0"><mml:mtext>mm</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. The horizon is set as <inline-formula id="ieqn-141"><mml:math id="mml-ieqn-141"><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-142"><mml:math id="mml-ieqn-142"><mml:mn>3886626</mml:mn></mml:math></inline-formula> peridynamic elements are generated. The prescribed displacement is equally divided into 50 incremental steps.</p>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-19">Fig. 19</xref> shows the displacement contour and three different views of the damage iso-surface at the last incremental step. <xref ref-type="fig" rid="fig-19">Fig. 19a</xref> shows the displacement contour of the beam, and <xref ref-type="fig" rid="fig-19">Figs. 19b</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="fig-19">19d</xref> show top, slanted, and side views of the damage isosurface, respectively. A skew-symmetrical crack surface with a complex twisting pattern can be clearly observed from these three different views. Moreover, distinct antisymmetric crack kinking can be observed along the straight crack front of the inclined initial crack. This is caused by the combination of the mode I and mode III loading conditions. Meanwhile, from <xref ref-type="fig" rid="fig-19">Fig. 19c</xref>, we can observe that crack kinking becomes more pronounced further away from the notch. This is because when the crack initiates, mode I fracture is predominant. However, as the crack propagates, mode III fracture plays a more important role, which in turn causes crack kinking to become more pronounced.</p>
<fig id="fig-19">
<label>Figure 19</label>
<caption><title>(a) Displacement contour and (b) top view, (c) slanted view, and (d) side view of the damage isosurface of the concrete beam at the last incremental step</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-19a.tif"/><graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-19b.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="fig-20">Fig. 20</xref> shows three top views of the damage isosurface obtained using three different methods. <xref ref-type="fig" rid="fig-20">Fig. 20a</xref> shows the results obtained by ANSYS using PeriFEM, <xref ref-type="fig" rid="fig-20">Fig. 20b</xref> shows the results obtained from an experiment on PMMA [<xref ref-type="bibr" rid="ref-49">49</xref>], and <xref ref-type="fig" rid="fig-20">Fig. 20c</xref> shows the results obtained by ABAQUS using the phase-field method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>]. The crack surface shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-20">Fig. 20a</xref> is similar to those in <xref ref-type="fig" rid="fig-20">Figs. 20b</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig-20">20c</xref>. Moreover, the above results are consistent with those obtained from an isotropic damage model in the context of stabilized mixed finite elements [<xref ref-type="bibr" rid="ref-50">50</xref>], which demonstrates the feasibility of using PeriFEM in ANSYS to simulate 3D problems. Note that the maximum vertical displacement in ANSYS is 0.75 mm, which is half the 1.5 mm value used in the experimental test and ABAQUS simulation. According to the load&#x2013;displacement curve in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>], the beam completely fractures when the vertical displacement is 0.75 mm.</p>
<fig id="fig-20">
<label>Figure 20</label>
<caption><title>Top view of the damage surface obtained using different methods: (a) ANSYS with PeriFEM; (b) PMMA test in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-49">49</xref>]; (c) ABAQUS and the phase-field method [<xref ref-type="bibr" rid="ref-46">46</xref>]</title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-20.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s7">
<label>7</label><title>Conclusions</title>
<p>In this study, we proposed a unified implementation strategy for peridynamics in commercial FEM software by leveraging available APIs and using the peridynamics-based finite element method. As a demonstration of this strategy, PeriFEM was implemented in ANSYS using UPFs and ABAQUS using UEL. Various 2D and 3D numerical tests demonstrated the effectiveness of the proposed strategy for brittle fracture modeling. Based on the proposed implementation details and the simulation results obtained in this study, we can conclude the following:
<list list-type="bullet">
<list-item>
<p>It is convenient to integrate PeriFEM into commercial FEM software through its API via the proposed unified implementation strategy.</p></list-item>
<list-item>
<p>The brittle fracture of materials under complex loads can be simulated by the proposed strategy using commercial FEM software.</p></list-item>
</list></p>
<p>Therefore, the present work facilitates the application of peridynamics in engineering practice. Future work will focus on implementing coupled local/non-local models in software to improve computational efficiency and reduce boundary effects.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec><title>Funding Statement</title>
<p>The authors gratefully acknowledge the financial support received from the <funding-source>National Natural Science Foundation of China</funding-source> (<award-id>12272082</award-id>, <award-id>11872016</award-id>) and the <funding-source>National Key Laboratory of Shock Wave and Detonation Physics</funding-source> (<award-id>JCKYS2021212003</award-id>).</p></sec>
<sec sec-type="COI-statement"><title>Conflicts of Interest</title>
<p>The authors declare that they have no conflicts of interest to report regarding the present study.</p></sec>
<ref-list content-type="authoryear"><title>References</title>
<ref id="ref-1"><label>1.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Hey</surname>, <given-names>A. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tansley</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tolle</surname>, <given-names>K. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2009</year>). <source>The fourth paradigm: Data-intensive scientific discovery</source>, vol. 1. <publisher-loc>WA</publisher-loc>: <publisher-name>Microsoft Research Redmond</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-2"><label>2.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Logan</surname>, <given-names>D. L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <source>A first course in the finite element method</source>. <publisher-loc>Boston MA, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Cengage Learning</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-3"><label>3.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Belytschko</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>W. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Moran</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Elkhodary</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <source>Nonlinear finite elements for continua and structures</source>. <publisher-loc>West Sussex, UK</publisher-loc>: <publisher-name>John Wiley &#x0026; Sons</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-4"><label>4.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Fang</surname>, <given-names>X. J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jin</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Extended finite element method based on ABAQUS</article-title>. <source>Engineering Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>24</volume><italic>(</italic><issue>7</issue><italic>),</italic> <fpage>6</fpage>&#x2013;<lpage>10</lpage>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-5"><label>5.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nguyen-Thanh</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Phase-field modeling of brittle fracture in a 3D polycrystalline material via an adaptive isogeometric-meshfree approach</article-title>. <source>International Journal for Numerical Methods in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>121</volume><italic>(</italic><issue>22</issue><italic>),</italic> <fpage>5042</fpage>&#x2013;<lpage>5065</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.6509</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-6"><label>6.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nguyen-Thanh</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>K.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Adaptive higher-order phase-field modeling of anisotropic brittle fracture in 3D polycrystalline materials</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>372</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>113434</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2020.113434</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-7"><label>7.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lindgaard</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bak</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Glud</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sj&#x00F8;lund</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Christensen</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A user programmed cohesive zone finite element for ANSYS Mechanical</article-title>. <source>Engineering Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>180</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>229</fpage>&#x2013;<lpage>239</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engfracmech.2017.05.026</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-8"><label>8.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Msekh</surname>, <given-names>M. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sargado</surname>, <given-names>J. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jamshidian</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Areias</surname>, <given-names>P. M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>Abaqus implementation of phase-field model for brittle fracture</article-title>. <source>Computational Materials Science</source><italic>,</italic> <volume>96</volume><italic>(</italic><issue>8</issue><italic>),</italic> <fpage>472</fpage>&#x2013;<lpage>484</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.commatsci.2014.05.071</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-9"><label>9.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Moln&#x00E1;r</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gravouil</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>2D and 3D Abaqus implementation of a robust staggered phase-field solution for modeling brittle fracture</article-title>. <source>Finite Elements in Analysis and Design</source><italic>,</italic> <volume>130</volume><italic>(</italic><issue>582&#x2013;593</issue><italic>),</italic> <fpage>27</fpage>&#x2013;<lpage>38</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.finel.2017.03.002</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-10"><label>10.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>J. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Comprehensive implementations of phase-field damage models in Abaqus</article-title>. <source>Theoretical and Applied Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>106</volume><italic>(</italic><issue>4</issue><italic>),</italic> <fpage>102440</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.tafmec.2019.102440</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-11"><label>11.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Reformulation of elasticity theory for discontinuities and long-range forces</article-title>. <source>Journal of the Mechanics and Physics of Solids</source><italic>,</italic> <volume>48</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>175</fpage>&#x2013;<lpage>209</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0022-5096(99)00029-0</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-12"><label>12.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Epton</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Weckner</surname>, <given-names>O.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xu</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Askari</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Peridynamic states and constitutive modeling</article-title>. <source>Journal of Elasticity</source><italic>,</italic> <volume>88</volume><italic>(</italic><issue>2</issue><italic>),</italic> <fpage>151</fpage>&#x2013;<lpage>184</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10659-007-9125-1</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-13"><label>13.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lai</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Peridynamic stress is the static first Piola&#x2013;Kirchhoff virial stress</article-title>. <source>International Journal of Solids and Structures</source><italic>,</italic> <volume>241</volume><italic>(</italic><issue>1&#x2013;2</issue><italic>),</italic> <fpage>111478</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2022.111478</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-14"><label>14.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gu</surname>, <given-names>Q.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Xue</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A practical bond-based peridynamic modeling of reinforced concrete structures</article-title>. <source>Engineering Structures</source><italic>,</italic> <volume>244</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>112748</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engstruct.2021.112748</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-15"><label>15.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Peridynamic modeling and simulation of fracture process in fiber-reinforced concrete</article-title>. <source>Computer Modeling in Engineering &#x0026; Sciences</source><italic>,</italic> <volume>127</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>241</fpage>&#x2013;<lpage>272</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.32604/cmes.2021.015120</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-16"><label>16.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Han</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>A. M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>On nonlocal cohesive continuum mechanics and cohesive peridynamic modeling (CPDM) of inelastic fracture</article-title>. <source>Journal of the Mechanics and Physics of Solids</source><italic>,</italic> <volume>164</volume><italic>,</italic> <fpage>104894</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2022.104894</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-17"><label>17.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Chen</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gunzburger</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Continuous and discontinuous finite element methods for a peridynamics model of mechanics</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>200</volume><italic>(</italic><issue>9&#x2013;12</issue><italic>),</italic> <fpage>1237</fpage>&#x2013;<lpage>1250</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2010.10.014</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-18"><label>18.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Azdoud</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lubineau</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>The morphing method as a flexible tool for adaptive local/non-local simulation of static fracture</article-title>. <source>Computational Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>54</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>711</fpage>&#x2013;<lpage>722</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00466-014-1023-3</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-19"><label>19.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Askari</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A 3D discontinuous Galerkin finite element method with the bond-based peridynamics model for dynamic brittle failure analysis</article-title>. <source>International Journal of Impact Engineering</source><italic>,</italic> <volume>99</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>14</fpage>&#x2013;<lpage>25</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijimpeng.2016.09.003</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-20"><label>20.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2003</year>). <chapter-title>Dynamic fracture modeling with a meshfree peridynamic code</chapter-title>. In: <source>Computational fluid and solid mechanics 2003</source>, pp. <fpage>641</fpage>&#x2013;<lpage>644</lpage>. <publisher-loc>Massachusetts, USA</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-21"><label>21.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Askari</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>A meshfree method based on the peridynamic model of solid mechanics</article-title>. <source>Computers &#x0026; Structures</source><italic>,</italic> <volume>83</volume><italic>(</italic><issue>17&#x2013;18</issue><italic>),</italic> <fpage>1526</fpage>&#x2013;<lpage>1535</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruc.2004.11.026</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-22"><label>22.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Seleson</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Littlewood</surname>, <given-names>D. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Convergence studies in meshfree peridynamic simulations</article-title>. <source>Computers &#x0026; Mathematics with Applications</source><italic>,</italic> <volume>71</volume><italic>(</italic><issue>11</issue><italic>),</italic> <fpage>2432</fpage>&#x2013;<lpage>2448</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2015.12.021</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-23"><label>23.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Diyaroglu</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Madenci</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Phan</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Peridynamic homogenization of microstructures with orthotropic constituents in a finite element framework</article-title>. <source>Composite Structures</source><italic>,</italic> <volume>227</volume><italic>,</italic> <fpage>111334</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compstruct.2019.111334</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-24"><label>24.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bie</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Jin</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Finite element method of bond-based peridynamics and its ABAQUS implementation</article-title>. <source>Engineering Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>206</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>408</fpage>&#x2013;<lpage>426</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engfracmech.2018.11.048</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-25"><label>25.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bie</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cui</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Abaqus implementation of dual peridynamics for brittle fracture</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>372</volume><italic>,</italic> <fpage>113398</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2020.113398</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-26"><label>26.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Anicode</surname>, <given-names>S. V. K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Madenci</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Bond-and state-based peridynamic analysis in a commercial finite element framework with native elements</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>398</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>115208</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2022.115208</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-27"><label>27.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Macek</surname>, <given-names>R. W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Peridynamics via finite element analysis</article-title>. <source>Finite Elements in Analysis and Design</source><italic>,</italic> <volume>43</volume><italic>(</italic><issue>15</issue><italic>),</italic> <fpage>1169</fpage>&#x2013;<lpage>1178</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.finel.2007.08.012</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-28"><label>28.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Seleson</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zeng</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nishi</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>An FEM-based peridynamic model for failure analysis of unidirectional fiber-reinforced laminates</article-title>. <source>Journal of Peridynamics and Nonlocal Modeling</source><italic>,</italic> <volume>4</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>139</fpage>&#x2013;<lpage>158</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s42102-021-00063-0</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-29"><label>29.</label><mixed-citation publication-type="other"><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.lstc-cmmg.org/peri-dynamics">https://www.lstc-cmmg.org/peri-dynamics</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-30"><label>30.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A peridynamics-based finite element method (PeriFEM) for quasi-static fracture analysis</article-title>. <source>Acta Mechanica Solida Sinica</source><italic>,</italic> <volume>35</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>446</fpage>&#x2013;<lpage>460</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10338-021-00307-y</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-31"><label>31.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name></person-group> (<year>2023</year>). <article-title>The peridynamics-based finite element method (PeriFEM) with adaptive continuous/discrete element implementation for fracture simulation</article-title>. <source>Engineering Analysis with Boundary Elements</source><italic>,</italic> <volume>146</volume><italic>(</italic><issue>5</issue><italic>),</italic> <fpage>56</fpage>&#x2013;<lpage>65</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.enganabound.2022.09.033</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-32"><label>32.</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yao</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>ABAQUS and ANSYS implementations of peridynamics-based finite element method (PeriFEM) for brittle fracture</article-title>. <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.researchsquare.com/article/rs-1888499/v1.pdf">https://www.researchsquare.com/article/rs-1888499/v1.pdf</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-33"><label>33.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Madenci</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Oterkus</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name></person-group> (<year>2014</year>). <source>Peridynamic theory and its applications</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-34"><label>34.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Bobaru</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yang</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Alves</surname>, <given-names>L. F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Silling</surname>, <given-names>S. A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Askari</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Convergence, adaptive refinement, and scaling in 1D peridynamics</article-title>. <source>International Journal for Numerical Methods in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>77</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>852</fpage>&#x2013;<lpage>877</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.2439</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-35"><label>35.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Lubineau</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Azdoud</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rey</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Askari</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>A morphing strategy to couple non-local to local continuum mechanics</article-title>. <source>Journal of the Mechanics and Physics of Solids</source><italic>,</italic> <volume>60</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>1088</fpage>&#x2013;<lpage>1102</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2012.02.009</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-36"><label>36.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lubineau</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Strength-induced peridynamic modeling and simulation of fractures in brittle materials</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>374</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>113558</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2020.113558</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-37"><label>37.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Yu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Li</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>On energy release rates in peridynamics</article-title>. <source>Journal of the Mechanics and Physics of Solids</source><italic>,</italic> <volume>142</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>104024</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmps.2020.104024</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-38"><label>38.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lubineau</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Azdoud</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Askari</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>A morphing approach to couple state-based peridynamics with classical continuum mechanics</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>301</volume><italic>,</italic> <fpage>336</fpage>&#x2013;<lpage>358</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2015.12.024</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-39"><label>39.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ren</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhuang</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cai</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Rabczuk</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Dual-horizon peridynamics</article-title>. <source>International Journal for Numerical Methods in Engineering</source><italic>,</italic> <volume>108</volume><italic>(</italic><issue>12</issue><italic>),</italic> <fpage>1451</fpage>&#x2013;<lpage>1476</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nme.5257</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-40"><label>40.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Pasetto</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Shen</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>D&#x2019;Elia</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tian</surname>, <given-names>X.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Trask</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Efficient optimization-based quadrature for variational discretization of nonlocal problems</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>396</volume><italic>(</italic><issue>6</issue><italic>),</italic> <fpage>115104</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2022.115104</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-41"><label>41.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Morales</surname>, <given-names>R. C.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Baek</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sharp</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Aderounmu</surname>, <given-names>A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wei</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name> <etal>et al.</etal></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Mode-II fracture response of pmma under dynamic loading conditions</article-title>. <source>Journal of Dynamic Behavior of Materials</source><italic>,</italic> <volume>8</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>104</fpage>&#x2013;<lpage>121</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40870-021-00320-9</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-42"><label>42.</label><mixed-citation publication-type="book"><person-group person-group-type="author"><collab>Dassault Syst&#x00EB;mes</collab></person-group> (<year>2012</year>). <source>Abaqus analysis user&#x2019;s manual</source>.
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://130.149.89.49:2080/v6.12/books/usb/default.htm">http://130.149.89.49:2080/v6.12/books/usb/</ext-link> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://130.149.89.49:2080/v6.12/books/usb/default.htm">default.htm</ext-link></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-43"><label>43.</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Winkler</surname>, <given-names>B. J.</given-names></string-name></person-group> (<year>2001</year>). <source>Traglastuntersuchungen von unbewehrten und bewehrten Betonstrukturen auf der Grundlage eines objektiven Werkstoffgesetzes f&#x00FC;r Beton (Ph.D. Thesis)</source>. Universit&#x00E4;t Innsbruck.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-44"><label>44.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Nooru-Mohamed</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Schlangen</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>van Mier</surname>, <given-names>J. G.</given-names> </string-name></person-group> (<year>1993</year>). <article-title>Experimental and numerical study on the behavior of concrete subjected to biaxial tension and shear</article-title>. <source>Advanced Cement Based Materials</source><italic>,</italic> <volume>1</volume><italic>(</italic><issue>1</issue><italic>),</italic> <fpage>22</fpage>&#x2013;<lpage>37</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/1065-7355(93)90005-9</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-45"><label>45.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Ni</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zaccariotto</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhu</surname>, <given-names>Q. Z.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Galvanetto</surname>, <given-names>U.</given-names></string-name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Static solution of crack propagation problems in peridynamics</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>346</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>126</fpage>&#x2013;<lpage>151</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2018.11.028</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-46"><label>46.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Wu</surname>, <given-names>J. Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Huang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Zhou</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Nguyen</surname>, <given-names>V. P.</given-names></string-name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Three-dimensional phase-field modeling of mode I&#x002B;II/III failure in solids</article-title>. <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source><italic>,</italic> <volume>373</volume><italic>(</italic><issue>48</issue><italic>),</italic> <fpage>113537</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cma.2020.113537</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-47"><label>47.</label><mixed-citation publication-type="other"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Brokenshire</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name></person-group> (<year>1996</year>). <source>A study of torsion fracture test (Ph.D. Thesis)</source>. <comment>Cardiff University</comment>.</mixed-citation></ref>
<ref id="ref-48"><label>48.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Jefferson</surname>, <given-names>A. D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Barr</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Bennett</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Hee</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Three dimensional finite element simulations of fracture tests using the craft concrete model</article-title>. <source>Computers and Concrete</source><italic>,</italic> <volume>1</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>261</fpage>&#x2013;<lpage>284</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.12989/cac.2004.1.3.261</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-49"><label>49.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Buchholz</surname> <given-names>F. G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Just</surname> <given-names>V.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Richard</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Computational simulation and experimental findings of three-dimensional fatigue crack growth in a single-edge notched specimen under torsion loading</article-title>. <source>Fatigue &#x0026; Fracture of Engineering Materials &#x0026; Structures</source><italic>,</italic> <volume>28</volume><italic>(</italic><issue>1&#x2013;2</issue><italic>),</italic> <fpage>127</fpage>&#x2013;<lpage>134</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/j.1460-2695.2005.00864.x</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-50"><label>50.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Benedetti</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Cervera</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Chiumenti</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>3D numerical modelling of twisting cracks under bending and torsion of skew notched beams</article-title>. <source>Engineering Fracture Mechanics</source><italic>,</italic> <volume>176</volume><italic>(</italic><issue>3</issue><italic>),</italic> <fpage>235</fpage>&#x2013;<lpage>256</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.engfracmech.2017.03.025</pub-id></mixed-citation></ref>
<ref id="ref-51"><label>51.</label><mixed-citation publication-type="journal"><person-group person-group-type="author"><string-name><surname>Azdoud</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Han</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lubineau</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>A morphing framework to couple non-local and local anisotropic continua</article-title>. <source>International Journal of Solids and Structures</source><italic>,</italic> <volume>50</volume><italic>(</italic><issue>9</issue><italic>),</italic> <fpage>1332</fpage>&#x2013;<lpage>1341</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijsolstr.2013.01.016</pub-id></mixed-citation></ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app-1"><label> </label><title>Appendix</title>
<sec id="s8"><label> </label><title>Appendix A. Calculation of <inline-formula id="ieqn-143"><mml:math id="mml-ieqn-143"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> for anisotropic materials</title>
<p>In 2013, Azdoud et al. [<xref ref-type="bibr" rid="ref-51">51</xref>] derived an expression for <inline-formula id="ieqn-144"><mml:math id="mml-ieqn-144"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> using the real spherical harmonic expansion technique, where <inline-formula id="ieqn-145"><mml:math id="mml-ieqn-145"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-4">Eq. (4)</xref> was defined as</p>
<p><disp-formula id="eqn-32"><label>(32)</label><mml:math id="mml-eqn-32" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">&#x221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:munderover><mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Here, <inline-formula id="ieqn-146"><mml:math id="mml-ieqn-146"><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula id="ieqn-147"><mml:math id="mml-ieqn-147"><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi></mml:math></inline-formula> supplemented with <inline-formula id="ieqn-148"><mml:math id="mml-ieqn-148"><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> comprise the spherical coordinates of bond <inline-formula id="ieqn-149"><mml:math id="mml-ieqn-149"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig-21">Fig. 21</xref>. <inline-formula id="ieqn-150"><mml:math id="mml-ieqn-150"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula id="ieqn-151"><mml:math id="mml-ieqn-151"><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula id="ieqn-152"><mml:math id="mml-ieqn-152"><mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are real parameters and <inline-formula id="ieqn-153"><mml:math id="mml-ieqn-153"><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are Legendre functions. They showed that, for the <italic>orthotropic model</italic>, it holds that<disp-formula id="eqn-33"><label>(33)</label><mml:math id="mml-eqn-33" display="block"><mml:mtable columnalign="right left right left right left right left right left right left" rowspacing="3pt" columnspacing="0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em 2em 0em" displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd /><mml:mtd><mml:mi></mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x03D5;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>4</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>whereas for the <italic>transverse isotropic model</italic> (assuming that <inline-formula id="ieqn-154"><mml:math id="mml-ieqn-154"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the reference direction of an axisymmetric material), it holds that<disp-formula id="eqn-34"><label>(34)</label><mml:math id="mml-eqn-34" display="block"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mo>&#x2061;</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<fig id="fig-21">
<label>Figure 21</label>
<caption><title>Spherical coordinates for bond <inline-formula id="ieqn-158"><mml:math id="mml-ieqn-158"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></title>
</caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tif" xlink:href="CMES_26922-fig-21.tif"/>
</fig>
<p>In addition, they gave an expression of the real parameters in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">Eqs. (33)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">(34)</xref> for <inline-formula id="ieqn-155"><mml:math id="mml-ieqn-155"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. However, they did not explain how to calculate these real parameters; thus, it is still difficult to determine the real parameters for <inline-formula id="ieqn-156"><mml:math id="mml-ieqn-156"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">&#x005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&#x2260;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The parameters in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">Eqs. (33)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">(34)</xref> can be determined according to the deformation energy equivalence; the key point is to define an equivalent stiffness tensor. Based on the assumption of uniform strain fields, Lubineau et al. derived an effective stiffness tensor in [<xref ref-type="bibr" rid="ref-35">35</xref>] as <disp-formula id="eqn-35"><label>(35)</label><mml:math id="mml-eqn-35" display="block"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>x</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='bold' mathsize='normal'><mml:mi>&#x03BE;</mml:mi></mml:mstyle><mml:mtext>d</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x2032;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula></p>
<p>Let us denote the classical stiffness tensor by <inline-formula id="ieqn-157"><mml:math id="mml-ieqn-157"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and set<disp-formula id="eqn-36"><label>(36)</label><mml:math id="mml-eqn-36" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then, we can determine the parameters.</p>
</sec>
<sec id="s9"><title>Appendix B. Orthotropic model</title>
<p>In the classical orthotropic model, there are nine independent variables in <inline-formula id="ieqn-159"><mml:math id="mml-ieqn-159"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which are</p>
<p><disp-formula id="eqn-37"><label>(37)</label><mml:math id="mml-eqn-37" display="block"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1212</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1313</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2323</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In the peridynamic orthotropic model, there are only six independent variables in <inline-formula id="ieqn-160"><mml:math id="mml-ieqn-160"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> because of the centrosymmetry of the long-range force. These variables are</p>
<p><disp-formula id="eqn-38"><label>(38)</label><mml:math id="mml-eqn-38" display="block"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1212</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1313</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2323</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Therefore, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">Eq. (36)</xref> implies that</p>
<p><disp-formula id="eqn-39"><label>(39)</label><mml:math id="mml-eqn-39" display="block"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">Eq. (33)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-35">Eq. (35)</xref>, we have</p>
<p><disp-formula id="eqn-40"><label>(40)</label><mml:math id="mml-eqn-40" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-41"><label>(41)</label><mml:math id="mml-eqn-41" display="block"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>&#x03C6;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mtext>&#xA0;and&#xA0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x2264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-39">Eq. (39)</xref> implies that</p>
<p><disp-formula id="eqn-42"><label>(42)</label><mml:math id="mml-eqn-42" display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="center center center center center center" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>00</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>22</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>42</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>44</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2222</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2233</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>By solving the above equations, the parameters in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-33">Eq. (33)</xref> can be obtained.</p>
</sec>
<sec id="s10"><title>Appendix C. Transverse isotropic model</title>
<p>In the classical transverse isotropic model, there are five independent variables in <inline-formula id="ieqn-161"><mml:math id="mml-ieqn-161"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">E</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (assuming that <inline-formula id="ieqn-162"><mml:math id="mml-ieqn-162"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">e</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the reference direction of an axisymmetric material). These variables are</p>
<p><disp-formula id="eqn-43"><label>(43)</label><mml:math id="mml-eqn-43" display="block"><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1313</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>In the peridynamic transverse isotropic model, there are only three independent variables in <inline-formula id="ieqn-163"><mml:math id="mml-ieqn-163"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> because of the centrosymmetry of the long-range force. These variables are</p>
<p><disp-formula id="eqn-44"><label>(44)</label><mml:math id="mml-eqn-44" display="block"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1313</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>and <inline-formula id="ieqn-164"><mml:math id="mml-ieqn-164"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1122</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> depends on the other coefficients. Therefore, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-36">Eq. (36)</xref> implies that</p>
<p><disp-formula id="eqn-45"><label>(45)</label><mml:math id="mml-eqn-45" display="block"><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">Eq. (34)</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-35">Eq. (35)</xref>, we have</p>
<p><disp-formula id="eqn-46"><label>(46)</label><mml:math id="mml-eqn-46" display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>where</p>
<p><disp-formula id="eqn-47"><label>(47)</label><mml:math id="mml-eqn-47" display="block"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>&#x03B4;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo symmetric="true">&#x2016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>&#x03B8;</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x2297;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x03BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>d</mml:mtext></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi></mml:mi><mml:mo mathvariant="bold">&#x2032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace width="1em" /><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4.</mml:mn></mml:math></disp-formula></p>
<p>Then, <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-45">Eq. (45)</xref> implies that</p>
<p><disp-formula id="eqn-48"><label>(48)</label><mml:math id="mml-eqn-48" display="block"><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left" rowspacing="4pt" columnspacing="1em"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1111</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3333</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1133</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula></p>
<p>By solving the above equations, the parameters in <xref ref-type="disp-formula" rid="eqn-34">Eq. (34)</xref> can be obtained.</p>
</sec>
</app>
</app-group>
</back>
</article>