以2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,开展基于相场法的脆性断裂数值模拟研究.相场法以Francfort-Marigo变分原理为理论基础,在系统总势能中考虑断裂能,并考虑应变能的拉伸和压缩分解.引入弥散裂纹模型近似非光滑的裂纹拓扑关系,以...以2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,开展基于相场法的脆性断裂数值模拟研究.相场法以Francfort-Marigo变分原理为理论基础,在系统总势能中考虑断裂能,并考虑应变能的拉伸和压缩分解.引入弥散裂纹模型近似非光滑的裂纹拓扑关系,以序参量表征材料损伤.基于Abaqus软件联合用户自定义元素子程序(user element subroutine,UEL),采用交替解法实现位移场和相场的耦合,进而求解脆性断裂问题.通过与试验结果对比,基于相场法的紧凑拉伸试件焊接区脆性断裂的裂纹扩展路径模拟吻合较好,且最大载荷值误差仅为0.46%.文中进一步研究增量步步长△u、相场特征宽度L_(c)与网格尺寸h对相场法模拟结果的影响,并将相场法与扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM)进行对比.研究表明,当分析增量步为1×10^(-4)时,分析结果收敛. L_(c)与裂纹h存在2倍的关系时,模拟结果较为准确.相场法可以准确模拟2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头脆性断裂演化过程.展开更多
文摘以2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头为研究对象,开展基于相场法的脆性断裂数值模拟研究.相场法以Francfort-Marigo变分原理为理论基础,在系统总势能中考虑断裂能,并考虑应变能的拉伸和压缩分解.引入弥散裂纹模型近似非光滑的裂纹拓扑关系,以序参量表征材料损伤.基于Abaqus软件联合用户自定义元素子程序(user element subroutine,UEL),采用交替解法实现位移场和相场的耦合,进而求解脆性断裂问题.通过与试验结果对比,基于相场法的紧凑拉伸试件焊接区脆性断裂的裂纹扩展路径模拟吻合较好,且最大载荷值误差仅为0.46%.文中进一步研究增量步步长△u、相场特征宽度L_(c)与网格尺寸h对相场法模拟结果的影响,并将相场法与扩展有限元法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM)进行对比.研究表明,当分析增量步为1×10^(-4)时,分析结果收敛. L_(c)与裂纹h存在2倍的关系时,模拟结果较为准确.相场法可以准确模拟2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头脆性断裂演化过程.
