內(nèi)聚力模型的分析及有限元子程序開發(fā).pdf

1、內(nèi)聚力模型是彈塑性斷裂力學(xué)中一個(gè)被廣泛應(yīng)用與研究的計(jì)算模型。內(nèi)聚力模型避免了線彈性斷裂力學(xué)中的裂紋尖端應(yīng)力奇異性,計(jì)算了開裂過(guò)程中應(yīng)力以及斷裂能。內(nèi)聚力模型提出在裂紋尖端存在微小的內(nèi)聚力區(qū)域,該區(qū)域內(nèi)應(yīng)力為開裂位移值的函數(shù),即為張力位移關(guān)系。在對(duì)內(nèi)聚力模型不斷研究中,發(fā)展出了不同張力位移關(guān)系,使其能被廣泛應(yīng)用于各種韌性開裂、復(fù)合材料界面脫層以及粘接界面開裂等研究中。指數(shù)內(nèi)聚力模型具有非線性連續(xù)的張力位移關(guān)系,考慮了開裂過(guò)程中各向位移對(duì)應(yīng)

2、力的耦合關(guān)系。研究證實(shí),只有在其參數(shù)q等于1的條件下,各向應(yīng)力關(guān)系才能完全耦合。本文提出了指數(shù)模型單向斷裂能計(jì)算公式,在各種參數(shù)條件下進(jìn)行計(jì)算測(cè)試。其結(jié)果表明,在復(fù)合開裂條件下,當(dāng)任一向應(yīng)力首先減小為零時(shí),其對(duì)應(yīng)的單向斷裂能亦同時(shí)達(dá)到其臨界的最大值。有限元軟件ABAQUS中內(nèi)聚力單元僅包含雙線性內(nèi)聚力模型,其他類型內(nèi)聚力模型應(yīng)用于ABAQUS時(shí)需通過(guò)子程序編譯來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　本文基于內(nèi)聚力單元,提出采用自定義材料子程序VUMAT編譯

3、內(nèi)聚力模型。推導(dǎo)了張力位移關(guān)系在VUMAT中的應(yīng)用方法,并分別考慮線性與非線性內(nèi)聚力模型,設(shè)計(jì)了內(nèi)聚力模型VUMAT子程序的程序結(jié)構(gòu)。編譯單向開裂條件下指數(shù)內(nèi)聚力模型VUMAT子程序,并與內(nèi)聚力單元包含的雙線性內(nèi)聚力模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,證明其能準(zhǔn)確模擬界面單元的承載以及開裂失效過(guò)程。在對(duì)指數(shù)模型耦合關(guān)系研究的基礎(chǔ)上,采用單向斷裂能作為單元失效的判據(jù),編譯復(fù)合開裂條件下VUMAT子程序。將其應(yīng)用于復(fù)合材料層板脫層模擬,與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值進(jìn)行比

4、較,結(jié)果表明,通過(guò)設(shè)置合理的模型參數(shù),內(nèi)聚力模型VUMAT子程序能準(zhǔn)確模擬計(jì)算裂紋的開裂萌生與擴(kuò)展過(guò)程。
　　本文提出內(nèi)聚力模型VUMAT子程序方法,能為有限元分析中提供更豐富的內(nèi)聚力模型,并避免了其他子程序方法中計(jì)算收斂問(wèn)題;通過(guò)提出單向斷裂能公式,拓展了指數(shù)模型在復(fù)合開裂模式中應(yīng)用范圍,在此基礎(chǔ)上編譯其VUMAT子程序,實(shí)現(xiàn)了在ABAQUS中應(yīng)用非線性的指數(shù)內(nèi)聚力模型計(jì)算界面開裂過(guò)程。感謝國(guó)家自然基金對(duì)本文研究工作的資助,本文