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

1、工程實(shí)際中，裂紋擴(kuò)展往往會(huì)造成災(zāi)難性的后果，因此對(duì)裂紋擴(kuò)展的研究具有重大的價(jià)值和意義。伴隨計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)被應(yīng)用到了裂紋擴(kuò)展的研究領(lǐng)域，因其成本低廉、計(jì)算效率高、能處理復(fù)雜問(wèn)題等諸多優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。本文利用內(nèi)聚力模型和虛擬裂紋閉合法對(duì)的裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，主要的研究?jī)?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(diǎn)。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(kuò)展過(guò)程和剝離力，得到裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力云圖、載荷位移響應(yīng)曲線和剝離力的數(shù)值解。研究了損傷演化行為、斷裂強(qiáng)度以及斷裂能對(duì)載荷位移響應(yīng)曲線的影響，結(jié)果表明：損傷演化行為對(duì)載荷位移響應(yīng)曲線幾乎沒有影響；斷裂強(qiáng)度只影響載荷位移響應(yīng)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(yīng)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(shí)的準(zhǔn)確性，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比，得到二者均可以較好地預(yù)測(cè)剝離力且指數(shù)型損傷演化行為內(nèi)聚力模

3、型的預(yù)測(cè)精度更高。研究了被粘結(jié)件網(wǎng)格尺寸對(duì)剝離力數(shù)值解的影響，結(jié)果表明：網(wǎng)格尺寸對(duì)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(shí)驗(yàn)值。
　　(2)研究了虛擬裂紋閉合法模擬裂紋擴(kuò)展時(shí)，初始條件的指定、裂紋擴(kuò)展能力的激活以及斷裂準(zhǔn)則的創(chuàng)建在ABAQUS中的實(shí)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(kuò)展過(guò)程和脫粘起始值，得到裂紋擴(kuò)展的應(yīng)力云圖、載荷位移響應(yīng)曲線和脫粘起始值的數(shù)值解。研究

4、了最大允許步長(zhǎng)、應(yīng)變能釋放率的縮減容差以及載荷大小對(duì)雙懸臂梁脫粘起始值的影響，結(jié)果表明：應(yīng)變能釋放率的縮減容差對(duì)脫粘起始值沒有影響；最大允許步長(zhǎng)、載荷大小對(duì)脫粘起始的影響較小，脫粘起始值的數(shù)值解與實(shí)驗(yàn)值的誤差均在3%以內(nèi)。
　　(3)針對(duì)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(guò)與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比，得出結(jié)論：模擬膠接結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)聚力模型方