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Failure simulation in resistance spot-welded lap-joints using cohesive zone modeling 被引量:5
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作者 Mohammad Ali Saeimi SADIGH Gholamreza MARAMI Bahman PAYGOZAR 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第11期2567-2577,共11页
This paper concentrates on simulating fracture in thin walled single-lap joints connected by resistance spot-welding(RSW)process which were subjected to tensile loading.For this purpose,three sets of lap-joints with d... This paper concentrates on simulating fracture in thin walled single-lap joints connected by resistance spot-welding(RSW)process which were subjected to tensile loading.For this purpose,three sets of lap-joints with different spot configurations were tested to achieve the joints’tensile behavior.To simulate the joints tensile behavior,firstly a 2D axisymmetric finite element(FE)model was used to calculate residual stresses induced during the welding process.Then the results were transferred to 3D models as pre-stress.In this step,cohesive zone model(CZM)technique was used to simulate fracture in the models under tensile load.Cohesive zone parameters were extracted using coach-peel and shear lap specimens.The results were employed to simulate deformation and failure in single lap spot weld samples.It has been shown that considering the residual stresses in simulating deformation and fracture load enables quite accurate predictions. 展开更多
关键词 spot-welding FRACTURE residual stress cohesive zone model(czm)
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Delamination analysis of woven fabrication laminates using cohesive zone model 被引量:2
2
作者 Mohsen Moslemi Mohammadreza Khoshravan azar 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第1期27-38,共12页
A new test method was proposed to evaluate the cohesive strength of composite laminates. Cohesive strength and the critical strain energy for Mode-II interlamiar fracture of E-glass/epoxy woven fabrication were determ... A new test method was proposed to evaluate the cohesive strength of composite laminates. Cohesive strength and the critical strain energy for Mode-II interlamiar fracture of E-glass/epoxy woven fabrication were determined from the single lap joint(SLJ) and end notch flexure(ENF) test, respectively. In order to verify their adequacy, a cohesive zone model simulation based on interface finite elements was performed. A closed form solution for determination of the penalty stiffness parameter was proposed. Modified form of Park-Paulino-Roesler traction-separation law was provided and conducted altogether with trapezoidal and bilinear mixed-mode damage models to simulate damage using Abaqus cohesive elements. It was observed that accurate damage prediction and numerical convergence were obtained using the proposed penalty stiffness. Comparison between three damage models reveals that good simulation of fracture process zone and delamination prediction were obtained using the modified PPR model as damage model. Cohesive zone length as a material property was determined. To ensure the sufficient dissipation of energy, it was recommended that at least 4 elements should span cohesive zone length. 展开更多
关键词 cohesive zone model DELAMINATION cohesive strength finite element prediction
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Determination of key parameters of Al–Li alloy adhesively bonded joints using cohesive zone model 被引量:2
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作者 YUAN Shun LI Yi-bo +1 位作者 HUANG Ming-hui LI Jian 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第9期2049-2057,共9页
The key parameters of the adhesive layer of a reinforcing patch are of great significance and affect the ability to suppress crack propagation in an Al–Li alloy patch-reinforced structure.This paper proposes a method... The key parameters of the adhesive layer of a reinforcing patch are of great significance and affect the ability to suppress crack propagation in an Al–Li alloy patch-reinforced structure.This paper proposes a method to determine the key parameters of the adhesive layer of adhesively bonded joints in the Al–Li alloy patch-reinforced structure.A zero-thickness cohesive zone model(CZM)was selected to simulate the adhesive layer’s fracture process,and an orthogonal simulation was designed to compare against the test results.A three-dimensional progressive damage model of an Al–Li alloy patch-reinforced structure with single-lap adhesively bonded joints was developed.The simulation’s results closely agree with the test results,demonstrating that this method of determining the key parameters is likely accurate.The results also verify the correctness of the cohesive strength and fracture energy,the two key parameters of the cohesive zone model.The model can accurately predict the strength and fracture process of adhesively bonded joints,and can be used in research to suppress crack propagation in Al–Li alloy patch-reinforced structures. 展开更多
关键词 Al–Li alloy cohesive zone model adhesively bonded joints fracture energy
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疲劳裂纹萌生与短裂纹扩展仿真方法
4
作者 赵秋 唐琨 +3 位作者 吴维青 李英豪 邓俊逸 陈鹏 《机械科学与技术》 北大核心 2025年第2期361-372,共12页
为建立适用于多晶金属钢疲劳裂纹萌生与短裂纹扩展的数值分析方法,基于Roe-Siegmund循环内聚力本构及Voronoi图法生成具有疲劳累计损伤特性的微观晶粒组织模型,同时考虑晶粒微观层面的力学特性,赋予各晶粒随机局部坐标系及各向异性线弹... 为建立适用于多晶金属钢疲劳裂纹萌生与短裂纹扩展的数值分析方法,基于Roe-Siegmund循环内聚力本构及Voronoi图法生成具有疲劳累计损伤特性的微观晶粒组织模型,同时考虑晶粒微观层面的力学特性,赋予各晶粒随机局部坐标系及各向异性线弹性常数,最后研究了气孔、夹杂等微观缺陷对裂纹萌生路径及寿命的影响。结果表明:上述方法在裂纹萌生路径上符合实际情况,存在穿晶及沿晶两种断裂模式并以后者为主,能够获取符合正态分布的裂纹萌生寿命范围值,并与文献试验结果相吻合;气孔及夹杂附件萌生出裂纹并与主裂纹汇合,影响裂纹萌生路径并改变裂纹萌生寿命。 展开更多
关键词 金属疲劳断裂 循环内聚力模型 微观缺陷 Voronoi图法 cohesive单元
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钢-橡胶界面脱粘行为研究
5
作者 李鹏飞 李凯 +1 位作者 陈洪月 王宁 《机械设计》 北大核心 2025年第1期47-54,共8页
钢丝绳芯输送带接头在受拉工况下易发生钢-橡胶界面脱粘失效。脱粘阻力主要来自于钢-橡胶界面粘合力,以及因钢丝绳复杂曲面形状与橡胶紧密贴合而形成的阻力。为研究前者对输送带受拉脱粘行为的影响,文中采用Mooney-Rivlin模型表征橡胶... 钢丝绳芯输送带接头在受拉工况下易发生钢-橡胶界面脱粘失效。脱粘阻力主要来自于钢-橡胶界面粘合力,以及因钢丝绳复杂曲面形状与橡胶紧密贴合而形成的阻力。为研究前者对输送带受拉脱粘行为的影响,文中采用Mooney-Rivlin模型表征橡胶材料特性,采用双线内聚力模型表征界面接触性质,通过试验提取内聚力模型参数并通过有限元仿真验证模型的适用性。基于内聚力模型建立圆柱钢丝绳芯输送带简化模型,对其进行有限元分析,分析其脱粘行为,可为钢丝绳输送带接头的研究提供基础理论支撑。 展开更多
关键词 输送带 Mooney-Rivlin模型 内聚力模型 有限元分析 界面脱粘
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考虑多层施工缝界面效应的富水高铁隧道底鼓变形机制 被引量:2
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作者 陈鑫磊 余楚海 +2 位作者 张学民 武朝光 张永兴 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期443-455,共13页
当前,针对富水高铁隧道底鼓病害的研究尚未考虑隧底分层浇筑施工缝界面效应的影响。为补充相关研究空白,结合既有隧道底鼓病害案例,通过引入内聚力模型模拟隧底分层施工结构缝界面力学效应,建立富水高铁隧道底鼓精细化数值计算模型,分... 当前,针对富水高铁隧道底鼓病害的研究尚未考虑隧底分层浇筑施工缝界面效应的影响。为补充相关研究空白,结合既有隧道底鼓病害案例,通过引入内聚力模型模拟隧底分层施工结构缝界面力学效应,建立富水高铁隧道底鼓精细化数值计算模型,分析外水压力作用下高铁隧道底部结构施工缝界面损伤状态、变形模式及应力场分布,揭示高水压作用下高铁隧道轨隆病害及层间离缝形成机制,并对不同仰拱施工方式与不同施工缝界面处理措施开展参数分析。研究结果表明:相较于传统不建立隧底施工缝界面接触单元的计算模型,考虑隧底施工缝界面效应时计算所得底鼓变形明显增大,增幅约31%;外水压抬升隧底结构会造成施工缝界面开裂,界面离缝主要分布于整个仰拱-填充界面,和靠近拱脚侧填充-找平层界面;靠近边墙侧道床板-找平层界面同样会产生损伤,其损伤范围较小,但受列车荷载循环作用该初始损伤存在进一步扩展的风险;仰拱-填充界面是削弱隧道抗底鼓变形能力的主要因素,通过界面凿毛以及涂刷界面剂增强施工缝黏结强度可有效提高隧底结构的抗底鼓变形能力;针对富水深埋高铁隧道,建议施工阶段应当重视仰拱与填充分层浇筑界面的强化处理,而在病害整治过程中应关注相关位置的离缝检测与控制。 展开更多
关键词 高铁隧道 高水压 底鼓变形 界面开裂 内聚力模型
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再生混凝土模型界面过渡区断裂行为与数值模拟 被引量:1
7
作者 武军 丁亚红 +1 位作者 郭猛 郭书奇 《材料导报》 北大核心 2025年第18期138-145,共8页
采用三点弯曲梁法研究了水灰比和碳化骨料对再生混凝土(Recycled aggregate concrete,RAC)模型界面过渡区(Interfacial transition zone,ITZ)棱柱体试件(40 mm×40 mm×160 mm)断裂行为的影响规律;并基于内聚力模型,采用ABAQUS... 采用三点弯曲梁法研究了水灰比和碳化骨料对再生混凝土(Recycled aggregate concrete,RAC)模型界面过渡区(Interfacial transition zone,ITZ)棱柱体试件(40 mm×40 mm×160 mm)断裂行为的影响规律;并基于内聚力模型,采用ABAQUS有限元软件研究了不同裂缝高度和界面强度对其断裂行为的影响规律。结果表明:模型ITZ断裂行为的荷载-位移曲线由上升直线段、上升曲线段、下降曲线段三个部分组成。随水灰比增大(0.40、0.45、0.50),模型ITZ的临界位移和最大荷载逐渐减小,而碳化骨料使得最大荷载分别提高64.40%、37.26%、32.02%。随裂缝高度增加(0、4、8、12、16 mm),荷载-位移曲线的临界位移逐渐增大,最大荷载和失稳韧度逐渐减小,并且这三者相邻裂缝高度间以及相邻界面强度间的变化百分比逐渐减小。随界面强度增大(0.6、1.2、2.8 MPa),这三者的变化趋势与随裂缝高度增大正好相反。本研究可为RAC力学性能与ITZ力学行为的关联机制研究提供参考。 展开更多
关键词 界面过渡区 断裂行为 荷载-位移曲线 失稳韧度 碳化骨料 内聚力模型 ABAQUS
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HTPB推进剂粘接试件的多角度拉伸试验与数值模拟
8
作者 张学深 沈肖胤 +3 位作者 周辉 王学仁 丁丽 张东升 《含能材料》 北大核心 2025年第8期882-891,共10页
提高装药结构完整性对保障固体火箭发动机工作稳定性有重要意义。对HTPB推进剂粘接试件开展多角度拉伸加载试验,拉伸过程中使用双目相机结合三维数字图像相关方法对粘接试件的变形场进行分析;根据试件的细观结构,基于颗粒脱湿、基体断... 提高装药结构完整性对保障固体火箭发动机工作稳定性有重要意义。对HTPB推进剂粘接试件开展多角度拉伸加载试验,拉伸过程中使用双目相机结合三维数字图像相关方法对粘接试件的变形场进行分析;根据试件的细观结构,基于颗粒脱湿、基体断裂以及粘接界面脱粘三种损伤模式,建立了粘接试件的细观内聚力模型并进行数值模拟分析。探索了不同拉剪应力状态下黏接试件的损伤演化规律、开裂机理以及破坏形式。试验结果表明:HTPB推进剂粘接试件在拉剪混合应力状态下更容易发生损伤,随着拉伸角度的增大,试件的承载能力下降并且会产生更大的拉伸位移;临界状态时推进剂粘接试件应变较大的区域即是宏观裂纹萌生的位置。数值模拟结果表明:第一主应力是影响固体推进剂裂纹产生的主要因素并且当第一主应力值大于0.548 MPa时会导致裂纹的萌生;拉伸角度越小,推进剂内部颗粒与基体越容易发生脱湿;拉伸角度越大,推进剂/衬层界面越容易脱粘并且裂纹扩展的位置越靠近推进剂/衬层界面。 展开更多
关键词 推进剂粘接试件 多角度加载 数字图像相关方法 内聚力模型 损伤演化
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利用内聚力模型(CZM)模拟弹粘塑性多晶体的裂纹扩展 被引量:16
9
作者 吴艳青 张克实 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期454-462,共9页
采用内聚力模型(CZM),模拟多晶体中起裂于晶界的二维平面应变裂纹扩展.结果表明,弹粘塑性体中,初始裂纹尖端不会最先开裂.晶体本构的率敏感指数表征了塑性变形和内聚力区耗散两种机制的相互竞争.率敏感指数越大,塑性耗散能越大,内聚力... 采用内聚力模型(CZM),模拟多晶体中起裂于晶界的二维平面应变裂纹扩展.结果表明,弹粘塑性体中,初始裂纹尖端不会最先开裂.晶体本构的率敏感指数表征了塑性变形和内聚力区耗散两种机制的相互竞争.率敏感指数越大,塑性耗散能越大,内聚力区粘着能越小,使材料的塑性变形越容易,内聚力区诱发的破坏越不易;率敏感指数越小,材料响应越接近弹塑性性质,塑性耗散能减小,粘着能增大,外力功易转化为内聚力区的粘着能,使内聚力单元更易分离.增大内聚力区结合强度或临界张开位移使晶内和晶界的三轴应力度减小,即提高内聚力区韧性也使基体材料抗孔洞损伤能力提高. 展开更多
关键词 裂纹扩展 弹粘塑性 内聚力模型 多晶体 晶界
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冲击载荷下的涂层/钢基体界面承载响应及损伤失效行为分析
10
作者 束坤 何清勇 +3 位作者 李臻 吴继强 马欣新 吴波 《工具技术》 北大核心 2025年第4期77-84,共8页
硬质材料的非连续切削加工过程中,冲击载荷作用下的界面损伤失效是导致刀具涂层分层脱附及断裂剥落的重要原因。本文采用显式动力学有限元法分析硬质涂层和弹塑性钢基体组成的膜基系统在球头冲击作用下的界面承载响应,并结合内聚力模型(... 硬质材料的非连续切削加工过程中,冲击载荷作用下的界面损伤失效是导致刀具涂层分层脱附及断裂剥落的重要原因。本文采用显式动力学有限元法分析硬质涂层和弹塑性钢基体组成的膜基系统在球头冲击作用下的界面承载响应,并结合内聚力模型(CZM)研究非理想结合界面的损伤失效行为。结果表明:冲击加载过程中涂层/钢基体界面易发生切向应力集中引起的剪切损伤,而卸载过程中界面损伤失效同时受到法向拉伸和切向剪切应力的影响。随着初始冲击速度的增大,界面损伤由切向剪切损伤转变为法向拉伸损伤与切向剪切损伤共存。硬质涂层较小的弹性模量和膜厚有助于提高冲击载荷作用下的界面损伤抗性。 展开更多
关键词 冲击 硬质固体涂层 界面承载响应 内聚力模型 有限元分析
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HTPB推进剂/绝热层界面模型优化及数值模拟
11
作者 王旭阳 陈雄 +2 位作者 许进升 王琛禹 姜韶宇 《火炸药学报》 北大核心 2025年第8期770-778,I0004,共10页
为了更加准确地研究HTPB推进剂/绝热层界面力学性能,根据某HTPB推进剂组成设计了等效模拟推进剂,随后浇注了HTPB推进剂/绝热层界面标准试验件并开展了界面破坏试验,测得加载点的载荷—位移曲线;通过对现有模型进行改进,得到了更加符合... 为了更加准确地研究HTPB推进剂/绝热层界面力学性能,根据某HTPB推进剂组成设计了等效模拟推进剂,随后浇注了HTPB推进剂/绝热层界面标准试验件并开展了界面破坏试验,测得加载点的载荷—位移曲线;通过对现有模型进行改进,得到了更加符合试验结果的内聚力模型,并结合Hooke-Jeeves优化算法反演得到了更加准确的界面参数;通过编写UMAT子程序对试验过程进行了仿真模拟。结果表明,所建立的界面模型能够很好地描述界面破坏过程的典型特征,反映出HTPB推进剂/绝热层黏接界面的软化特性,准确预测了界面的失效时刻;同时试验测得的黏接强度与真实值相差不大,修正量在4%以内;而断裂能则与真实值偏离较多,修正量均大于10%,模型参数需通过反演分析确定。表明了所建立的改进型内聚力模型的正确性,可用于固体火箭发动机装药黏接界面的力学性能模拟。 展开更多
关键词 物理化学 模拟推进剂 HTPB推进剂 内聚力模型 界面脱粘 数值模拟
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基于相场法的铝锂合金搅拌摩擦焊接头脆性断裂数值模拟
12
作者 刘陈飘 刘凯 +2 位作者 王芳丽 李悦宁 童明波 《焊接学报》 北大核心 2025年第10期33-43,共11页
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Lc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. Lc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
关键词 搅拌摩擦焊 相场法 扩展有限元法 内聚力模型 脆性断裂 铝锂合金
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基于内聚力单元的土石混合体细观数值方法
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作者 张佩 杨承儒 +1 位作者 侯世伟 杜修力 《岩土力学》 北大核心 2025年第5期1620-1631,共12页
土石混合体是一种由强度较高的块石和强度较低的土体基质组成的非均质材料,荷载作用下其细观组分具有复杂的相互作用。结合土石混合体的细观结构特征,将土体与块石界面以及土体基质内部视为材料的薄弱位置,基于内聚力模型描述该薄弱位... 土石混合体是一种由强度较高的块石和强度较低的土体基质组成的非均质材料,荷载作用下其细观组分具有复杂的相互作用。结合土石混合体的细观结构特征,将土体与块石界面以及土体基质内部视为材料的薄弱位置,基于内聚力模型描述该薄弱位置的裂缝萌生、扩展及断裂,编制内聚力单元插入程序,进而结合材料直剪试验结果,分别给出土体基质内部内聚力单元与土石界面内聚力单元的材料参数确定方法,发展了基于内聚力模型的土石混合体细观数值方法。在此基础上,开展不同细观结构的土石混合体双轴压缩数值试验,结合内聚力单元失效状态,明确不同细观因素对材料宏细观力学特性的影响规律。结果表明:内聚力单元剪切方向最大允许名义应力可由直剪试验荷载位移曲线峰值剪切应力确定,最大有效位移可由最大剪切位移的1/5进行确定,切向摩擦系数可由残余剪切应力与法向应力的比值确定。建立的基于内聚力单元的土石混合体细观数值方法,可较好地描述材料的力学特性和变形规律,特别是能反映出低围压下的材料应变软化行为。 展开更多
关键词 土石混合体 内聚力模型 细观数值方法 界面力学行为 应变软化
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基于DPC-CZM混合模型的金属粉末压坯裂纹三维数值模拟 被引量:2
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作者 周蕊 刘众旺 +2 位作者 张建国 刘兵飞 杜春志 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期151-155,共5页
消除和控制金属粉末压坯裂纹对生产高质量粉末冶金零件具有指导作用。本工作将修正的Drucker-Prager Cap(DPC)模型与内聚力模型(CZM)相结合,分别定义金属粉末压坯实体单元与零厚度内聚力单元的力学行为。通过巴西圆盘和单轴压缩试验获... 消除和控制金属粉末压坯裂纹对生产高质量粉末冶金零件具有指导作用。本工作将修正的Drucker-Prager Cap(DPC)模型与内聚力模型(CZM)相结合,分别定义金属粉末压坯实体单元与零厚度内聚力单元的力学行为。通过巴西圆盘和单轴压缩试验获取压坯断裂性能参数,编写Python程序在实体单元中批量插入零厚度内聚力单元,模拟金属粉末压坯在外载荷作用下的拉伸和剪切裂纹以及裂纹扩展过程,并与实验结果进行对比分析。研究结果表明,采用指数型内聚力本构模型与DPC模型混合,可更准确地描述压坯裂纹损伤区的变化,与零厚度内聚力单元相关的裂纹扩展过程与实验结果更为一致。 展开更多
关键词 金属粉末压坯 修正的Drucker-Prager Cap模型 内聚力模型 裂纹 数值模拟
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不同面密度PVDF电纺纳米纤维膜对CF/EP复合材料层压板层间断裂韧性的影响研究
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作者 彭焱 韦廖贤 +1 位作者 曾塘玉 马传国 《复合材料科学与工程》 北大核心 2025年第8期15-23,共9页
本研究探讨了不同面密度的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜作为增强材料,对碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层压板层间断裂韧性的提升效果。为此,分别制备了三种不同面密度(9 g/m^(2)、15 g/m^(2)、28 g/m^(2))的PVDF电纺纳米纤维膜,并将其... 本研究探讨了不同面密度的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜作为增强材料,对碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层压板层间断裂韧性的提升效果。为此,分别制备了三种不同面密度(9 g/m^(2)、15 g/m^(2)、28 g/m^(2))的PVDF电纺纳米纤维膜,并将其插入层压板的层间进行试验分析。结果显示,面密度为15 g/m^(2)的PVDF纳米纤维膜对层压板层间断裂韧性的提升最为显著,相对于未引入纤维膜的层压板,Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧性分别提升了67%和13%。通过SEM分析发现,PVDF纳米纤维膜的增韧机制主要包括纤维桥接、拔出和断裂等过程。此外,基于内聚力模型的有限元模拟方法对Ⅰ型和Ⅱ型层间断裂行为的数值进行模拟,发现PVDF纳米纤维膜的加入并未显著改变层间区域的界面强度,而是通过纤维骨架作用有效阻碍了层间裂纹在树脂中的扩展。数值模拟结果与试验结果较为吻合,从而验证了内聚力模型模拟PVDF纤维膜插层增强CF/EP复合材料层压板层间断裂行为的可行性。 展开更多
关键词 复合材料 层间断裂韧性 静电纺丝 内聚力单元
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基于空间分解损伤变量法的碳纤维层合板褶皱缺陷演化的数值模拟研究
16
作者 郑皓成 周勃 +3 位作者 李慧 王雅洁 孙宁 张雪岩 《机械强度》 北大核心 2025年第4期63-69,共7页
为了研究含褶皱缺陷的碳纤维多向层合板的压缩损伤演化规律并准确预测损伤的萌生与扩展的力学行为,通过采用空间分解损伤变量法建立损伤本构,提出了一种通过减少材料参数个数以降低参数不确定性问题和简化空间变换计算流程的渐进损伤计... 为了研究含褶皱缺陷的碳纤维多向层合板的压缩损伤演化规律并准确预测损伤的萌生与扩展的力学行为,通过采用空间分解损伤变量法建立损伤本构,提出了一种通过减少材料参数个数以降低参数不确定性问题和简化空间变换计算流程的渐进损伤计算方法。首先,利用最大应力和Puck失效准则预测层内损伤的萌生,并结合混合模式损伤演化规律计算损伤变量。其次,基于损伤变量的物理意义在断裂面坐标系下进行空间分解,并代入损伤柔度矩阵推导出损伤本构。然后,为了预测层合板层间应力状态与损伤行为,建立了双线性牵引力-分离法则的内聚力模型。最后,编写了相应的Vumat子程序,并应用于Abaqus软件中完成了0.25 mm/min的准静态压缩加载的数值仿真分析。结果表明,采用此方法建立的有限元模型所预测出的应力-位移曲线和层合板的损伤分布与试验结果相吻合。利用所提计算方法计算真实应力简单直接,便于分析和确定含褶皱缺陷复合材料层合板的损伤位置与损伤演化情况。 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 损伤本构 渐进损伤模型 内聚力模型 褶皱缺陷
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天然裂缝和层理的角度对深煤层水力裂缝扩展的影响
17
作者 徐洲 孔祥伟 +2 位作者 谢昕 王存武 王晨月 《断块油气田》 北大核心 2025年第3期493-501,共9页
为探究层理角度和天然裂缝对煤岩水力裂缝扩展的影响,文中采用零厚度黏结单元的损伤准则,以山西临兴中区块LX1-90-3D井9^(?)深煤层为例,建立了在考虑天然裂缝的条件下层理在不同角度(0°,30°,45°,60°,90°)下的... 为探究层理角度和天然裂缝对煤岩水力裂缝扩展的影响,文中采用零厚度黏结单元的损伤准则,以山西临兴中区块LX1-90-3D井9^(?)深煤层为例,建立了在考虑天然裂缝的条件下层理在不同角度(0°,30°,45°,60°,90°)下的煤岩水力压裂裂缝扩展有限元模型;通过水力裂缝扩展形态、分支缝条数、缝宽和破裂单元体积表征不同层理角度的压裂结果,分析了不同排量、不同层理角度下的煤岩裂缝扩展形态、缝宽、破裂压力、缝长和分支缝条数的变化。结果表明:当水力裂缝与天然裂缝/层理的逼近角接近90°时,水力裂缝会直接穿过天然裂缝或层理;当水力裂缝与天然裂缝/层理的逼近角小于90°时,水力裂缝会沿着天然裂缝/层理扩展,且水力裂缝会被天然裂缝/层理诱导至其位置或方向扩展;层理角度为45°时,煤岩水力裂缝分支缝数量最多(14条),缝宽最大(5.523 mm),破裂单元的体积最大(0.039 m^(3));随排量的增大,不同层理角度的煤岩水力裂缝长度、宽度、分支缝条数和破裂压力均呈增大的趋势;相同排量下,当层理角度为45°时,缝网改造效果最优;高黏度压裂液会抑制裂缝的扩展形成更复杂的缝网。该研究可为深煤层的体积压裂优化设计提供理论依据。 展开更多
关键词 煤岩 天然裂缝 层理角度 黏聚力模型 裂缝扩展 分支缝
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装配式风电混塔胶黏拼缝的内聚力本构模型及塔筒承载力研究
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作者 黄赐荣 张栋梁 +3 位作者 付坤 李天昊 何澜 章家炜 《振动与冲击》 北大核心 2025年第4期71-81,共11页
为了探究装配式风电混塔胶黏拼缝的黏结性能以及塔筒整体的承载力,开展了混凝土-结构胶黏结界面的法向拉伸和切向剪切试验。针对混凝土黏结界面位置的裂纹开展以及破坏模式进行了详细考察,明确了黏结界面的法向以及切向的内聚力本构模... 为了探究装配式风电混塔胶黏拼缝的黏结性能以及塔筒整体的承载力,开展了混凝土-结构胶黏结界面的法向拉伸和切向剪切试验。针对混凝土黏结界面位置的裂纹开展以及破坏模式进行了详细考察,明确了黏结界面的法向以及切向的内聚力本构模型。基于试验得到的内聚力本构模型建立了6节段的装配式风电混塔简化模型,开展了装配式塔筒在纯扭及弯扭荷载工况下的承载能力研究,探究了竖缝结构胶对于装配式混塔承载力的影响。研究表明:混凝土-结构胶-混凝土黏结试件的剪切破坏模式以黏结界面破坏为主,抗剪性能会弱于混凝土本身;而法向拉伸破坏模式以混凝土基材破坏为主,抗拉性能会强于混凝土本身;通过数值模拟计算结果发现,相比于摩擦接触模型,竖缝内聚力模型(cohesive zone model,CZM)的抗扭承载能力有显著提升,但扭矩持续加载导致竖缝内聚力单元破坏后,其抗扭承载力和摩擦接触模型相近。 展开更多
关键词 陆上风电 装配式 混塔 胶黏拼缝 内聚力模型(czm) 数学本构模型 抗扭承载力
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考虑黏结滑移效应的输水隧洞衬砌开裂模拟
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作者 王志威 蔡敏 +1 位作者 韩雨 董义佳 《南水北调与水利科技(中英文)》 北大核心 2025年第5期1269-1278,共10页
为准确模拟输水隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝扩展过程及钢筋的限裂效果,提出基于黏结滑移模型的衬砌开裂模拟方法。该方法构建模拟钢筋混凝土界面相互作用的黏结型连接单元和摩擦型连接单元,反映钢筋混凝土界面破坏过程的物理机制,并采用内... 为准确模拟输水隧洞钢筋混凝土衬砌裂缝扩展过程及钢筋的限裂效果,提出基于黏结滑移模型的衬砌开裂模拟方法。该方法构建模拟钢筋混凝土界面相互作用的黏结型连接单元和摩擦型连接单元,反映钢筋混凝土界面破坏过程的物理机制,并采用内聚力模型模拟衬砌中裂缝的出现和扩展过程。采用该方法对钢筋拔出实验和城门洞形输水隧洞衬砌开裂过程进行模拟,得到的荷载-位移曲线与钢筋拔出实验结果吻合,裂缝宽度变化曲线及钢筋应力云图等模拟结果清晰反映界面黏结滑移效应与裂缝扩展机制。结果表明:该方法能够有效模拟钢筋混凝土界面的黏结作用与摩擦作用,准确预测钢筋混凝土衬砌的开裂模式与裂缝宽度,为准确分析衬砌抗裂性能提供了有效工具。 展开更多
关键词 隧洞 衬砌 开裂 黏结滑移 内聚力模型
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基于内聚力模型的某型挂钩悬挂失效分析
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作者 李增伟 侯泽伟 +1 位作者 洪家旺 祁军义 《中国机械工程》 北大核心 2025年第9期1934-1941,共8页
针对某型挂钩在进行挂载试验时阻铁镉镀层脱落造成阻铁下滑而导致悬挂物悬挂姿态发生偏转甚至有掉落风险的问题展开研究。基于内聚力模型建立了预设垂直裂纹和界面裂纹的挂钩挂载有限元模型,通过裂纹损伤因子判定裂纹失效形式,并构建了... 针对某型挂钩在进行挂载试验时阻铁镉镀层脱落造成阻铁下滑而导致悬挂物悬挂姿态发生偏转甚至有掉落风险的问题展开研究。基于内聚力模型建立了预设垂直裂纹和界面裂纹的挂钩挂载有限元模型,通过裂纹损伤因子判定裂纹失效形式,并构建了止动臂/阻铁的局部接触模型,研究镀层界面脱黏过程中的摩擦因数变化情况。结果表明,在挂钩挂载过程中,阻铁镀层与基材在结合面处产生面内剪切应力差导致界面脱黏,但整个过程不产生垂直裂纹,同时在界面脱黏过程中接触面摩擦因数会短暂降低至0.05以下,低于阻铁下滑的临界滑动摩擦因数。 展开更多
关键词 挂钩 摩擦因数 镀层 内聚力模型 脱黏损伤
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