基于XFEM-CZM耦合法的胶接接头裂纹扩展分析及强度预测

摘要

采用扩展有限元法(XFEM)和内聚力模型(CZM)相耦合的方法,分析胶接接头胶层内部裂纹扩展、界面脱粘分层现象.采用内聚力单元和内聚力接触描述胶层/板材界面,建立单/双搭接接头有限元模型.预测拉伸载荷下接头的强度性能并与已有试验数据对比分析,验证XFEM-CZM耦合法的可行性及内聚力单元和内聚力接触2种界面建模方法的有效性.模拟裂纹从胶层内部扩展至胶层/板材界面并引起界面脱粘分层的过程,分析其损伤失效机理.讨论初始裂纹长度和界面刚度、强度及应变能释放率对胶接接头强度性能的影响.结果表明:胶接接头强度随初始裂纹长度增加而降低,且在双搭接接头模型中表现更为明显;界面刚度、强度对胶接接头强度影响较大而应变能释放率的影响较小.