內(nèi)聚力和虛擬裂紋閉合法在裂紋擴展數(shù)值模擬中的應用研究.pdf

1、工程實際中，裂紋擴展往往會造成災難性的后果，因此對裂紋擴展的研究具有重大的價值和意義。伴隨計算機的快速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)被應用到了裂紋擴展的研究領域，因其成本低廉、計算效率高、能處理復雜問題等諸多優(yōu)點而備受青睞。本文利用內(nèi)聚力模型和虛擬裂紋閉合法對的裂紋擴展進行了數(shù)值模擬研究，主要的研究內(nèi)容及研究成果如下：
　　(1)研究分析了有限厚度內(nèi)聚力模型的創(chuàng)建方法并闡述了各自的優(yōu)缺點。利用有限厚度的內(nèi)聚力模型方法模擬了膠接結(jié)構(gòu)在Ⅰ型加載條

2、件下的裂紋擴展過程和剝離力，得到裂紋擴展的應力云圖、載荷位移響應曲線和剝離力的數(shù)值解。研究了損傷演化行為、斷裂強度以及斷裂能對載荷位移響應曲線的影響，結(jié)果表明：損傷演化行為對載荷位移響應曲線幾乎沒有影響；斷裂強度只影響載荷位移響應曲線上升段的斜率和載荷峰值；斷裂能值只影響載荷位移響應曲線的下降段。研究了線性和指數(shù)型損傷演化行為的內(nèi)聚力模型模擬剝離力時的準確性，通過與實驗值的對比，得到二者均可以較好地預測剝離力且指數(shù)型損傷演化行為內(nèi)聚力模

3、型的預測精度更高。研究了被粘結(jié)件網(wǎng)格尺寸對剝離力數(shù)值解的影響，結(jié)果表明：網(wǎng)格尺寸對剝離力的數(shù)值解影響顯著，網(wǎng)格尺寸與中間粘結(jié)層區(qū)域尺寸越接近，數(shù)值解越逼近于實驗值。
　　(2)研究了虛擬裂紋閉合法模擬裂紋擴展時，初始條件的指定、裂紋擴展能力的激活以及斷裂準則的創(chuàng)建在ABAQUS中的實現(xiàn)方法。利用虛擬裂紋閉合法模擬了雙懸臂梁在Ⅰ型加載條件下的裂紋擴展過程和脫粘起始值，得到裂紋擴展的應力云圖、載荷位移響應曲線和脫粘起始值的數(shù)值解。研究

4、了最大允許步長、應變能釋放率的縮減容差以及載荷大小對雙懸臂梁脫粘起始值的影響，結(jié)果表明：應變能釋放率的縮減容差對脫粘起始值沒有影響；最大允許步長、載荷大小對脫粘起始的影響較小，脫粘起始值的數(shù)值解與實驗值的誤差均在3%以內(nèi)。
　　(3)針對膠接結(jié)構(gòu)和雙懸臂梁結(jié)構(gòu)，分別用虛擬裂紋閉合法和內(nèi)聚力模型方法建立了各自的有限元模型，得到了剝離力和脫粘起始值的數(shù)值解。通過與實驗值的對比，得出結(jié)論：模擬膠接結(jié)構(gòu)的裂紋擴展時，應優(yōu)先選用內(nèi)聚力模型方