内聚力模型

摘要： 层间界面性能良好是CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构保持稳定的关键,工程中一般通过水平推板试验测得CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的切向内聚力参数,以衡量层间界面性能。开展CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的水平推板缩尺、实尺试验,得到层间界面切向力-位移关系曲线,进而得到内聚力模型参数。建立CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构三维渐进损伤分析模型,对水平推板试验进行全过程反演,并借助仿真和试验结果对比分析,验证缩尺试验结果的可靠性。结果表明:轨道结构层间界面切向刚度越大,层间变形协调能力越弱,界面损伤的非均匀性越显著,越容易出现应力集中;断裂韧度越大,轨道结构层间界面越不容易出现离缝。

摘要： 指数型、多项式、三线型及双线性内聚力模型广泛用于表征黏接结构的界面性能,建立不同模型形状参数间的关系,可以为界面问题研究中参数的选取提供参考。首先,保持黏接界面的临界应力和断裂能相等,推导四4种模型形状参数之间的关系,任意2种模型的形状参数可相互表示。其次,基于改进的遗传算法反演识别率相关的铝合金黏接界面4种模型的形状参数,以指数型模型为基准,多项式、三线型及双线性模型形状参数反演识别与预测值的相对误差分别为1.76%、1.54%、3.13%。最后,根据各模型形状参数之间的关系给定4种模型界面参数,对比分析有限元仿真结果,4种模型表征的界面性能相同,验证了推导结果的准确性。

摘要： 在外载荷作用下,材料的破坏与失效问题是一个涵盖从微观到宏观、从时间到空间等多个尺度相互耦合与关联的系统性科学问题。本研究以α-Ti材料为例,首先运用微观观测实验手段分析了α-Ti的显微组织结构和相结构,采用蒙特卡洛方法对微结构(晶粒大小、形状及分布)进行随机抽样处理,确定了其微结构的分布规律。通过与实验测得的材料强度做对比分析,并结合图像处理的方法获得微结构的定量化信息,探明了微结构对材料宏细观性能的影响,为微观尺度的分子动力学模型提供了可靠的基础。然后建立了三组包含复合微观缺陷的α-Ti拉伸微观计算模型,分别获得了界面层粘结力与其上下表面的相对位移之间的定量关系(T-S曲线)。由于T-S曲线中包含了与裂纹尖端演化相关的微观信息(如位错发射和运动、裂尖钝化、裂纹偏折、孔洞成核和长大、孪晶等),再将T-S曲线与曲线中关键转折点所对应的原子构型相结合,从原子尺度观察并解释了α-Ti材料中不同复合微观缺陷扩展的现象、规律和机理。最后,采用基于原子模拟的内聚力模型对单调拉伸条件下CT试件的裂纹扩展做多尺度分析,研究了不同微观缺陷对材料宏观断裂参数的影响程度。

摘要： 基于内聚力模型的研究方法,以畸形骨料(针状)的长宽比C k、畸形骨料在混凝土中的占比Z b和畸形骨料在混凝土中所处的级配J p 3个参数为变量,在细观层次上对二级配含畸形骨料混凝土的损伤和开裂过程开展单轴拉伸模拟研究,对含畸形骨料混凝土在单轴拉伸下的受力全过程进行了分析。结果表明,C k越大、Z b越高、J p越大时,混凝土抗拉强度越低;含畸形骨料混凝土单轴受拉时,破碎骨料主要是畸形骨料,且畸形骨料占比越高,畸形骨料发生破碎的可能性就越大;C k、Z b、J p对混凝土抗拉强度的影响权重表现为C k>J p>Z b。

摘要： 基于三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道实际工程和大比尺模型试验参数,建立了管道斜直段局部三维有限元数值分析模型,采用混凝土塑性损伤模型模拟管道外包及坝体混凝土,并在钢筋与混凝土界面插入内聚单元来模拟钢筋与混凝土之间的黏结滑移特性。钢筋分别采用埋入式和分离式两种模型,系统地研究了考虑黏结滑移以及黏结强度大小对管道承载特性的影响。结果表明,考虑黏结滑移以后,钢筋的应变和应力分布更为均匀,应力峰值减小,结构变形增大,使得钢衬应力稍有增加,但增加的幅度不超过10%。钢筋与混凝土之间黏结强度越大,管道上半周裂缝条数越多,平均裂缝间距减小,使得平均裂缝宽度越小。钢筋与混凝土的相对滑移量随着黏结强度的降低而增加,但均未超过规范允许值,表明钢筋与混凝土仍能保持良好的黏结而未发生黏结破坏。虽然考虑黏结滑移后的数值模拟结果与模型试验结果更为接近,但黏结滑移对管道结构整体承载安全性影响并不大,并且黏结滑移模型所需的计算工作量较大。因此,对钢衬钢筋混凝土管道这种环状封闭结构的受力特性进行有限元数值分析时,在设计中忽略其影响以简化计算,仍能够满足计算分析和工程设计复核的要求。

摘要： 铺层方式是影响预浸料铺贴工艺制备SiC_(f)/SiC复合材料抗热震性能的关键因素之一。以先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备的SiC_(f)/SiC复合材料为研究对象,基于内聚力模型,对不同正交铺层方式的方形试样开展1200°C高温水淬实验及有限元仿真研究。结果表明:水淬过程中试样表面温度急剧下降,芯部与表面存在较大温差,顶角与芯部温差最高可达1077°C,导致复合材料的主要失效模式为层间开裂和基体开裂,且试样层间开裂位置与铺层方式有关。由模拟结果可知,由于正交铺层方式的不同,试样的层间开裂位移也存在显著差异:[0/90]与[0/90/0]两种铺层方式层间主裂纹开裂位移约为0.61 mm,而[0/0/90/90]铺层主开裂位移仅为0.04 mm。此外,随着水淬时间的增加,层间主裂纹开裂位移逐渐增大,而次裂纹在开裂后逐渐发生闭合现象。

摘要： 为了研究适用于描述固体火箭发动机粘接界面的界面力学模型及其修正方法,分别采用虚拟裂纹闭合技术(VCCT)、内聚力模型(CZM)和扩展有限元法(XFEM),模拟了固体火箭发动机推进剂/衬层界面的I型脱粘试验。其中,自编译了多项式型和指数型内聚力模型,采用XFEM-CZM耦合的方法解决了XFEM无法在界面边界扩展的问题,并对比分析了各个模型加载点处的载荷-位移曲线与试验曲线的吻合度,发现利用VCCT、CZM和XFEM方法构建的界面模型可以较好地预估裂纹的扩展过程,能够反映粘接界面的力学特性。同时,为探索模型优化所需研究的参数,通过调整各个模型相关的界面参数值,分析了界面参数对数值仿真曲线的影响,并采用了基于Hooke-Jevees算法的反演识别。研究结果表明,界面力学参数对界面模型具有显著的影响,基于Hooke-Jevees算法的反演识别能够实现对三种模型相关参数的修正。

摘要： 关于超高性能混凝土(UHPC)与普通混凝土(NC)黏结界面的试验研究较多,但如何在有限元软件中进行有效地模拟并进行相关参数分析的研究仍较少.利用大型有限元分析软件ABAQUS建立采用黏聚力单元以模拟UHPC与NC黏结界面的有限元模型,并通过修改黏聚力模型参数分析不同界面粗糙程度下UHPC-NC界面的黏结性能.建立直接剪切、斜剪试验有限元模型,且利用摩尔库伦强度理论反推界面摩擦系数.结果表明,通过黏聚力单元模拟UHPC-NC界面能很好地反应实际的受力性能.

摘要： 在内聚力本构模型的基础上发展了三维零厚度内聚力单元的数值计算方法,结合有限单元理论推导双线性内聚力模型和基于势能的内聚力模型的有限元格式,通过运用ABAQUS-UEL用户单元子程序模块开发了一种三维八节点的内聚力单元,与实际的复合材料分层试验结果和有限元软件中的模拟结果进行比较,证明其能较准确地模拟含裂纹的复合材料分层损伤问题。并将数值程序应用在复合材料分层损伤机理的研究中,对比双线性内聚力模型和基于势能的PPR内聚力模型,结果表明基于势能的PPR损伤准则用于计算分层损伤具有计算成本低、收敛性高、准确度高的优点,进一步阐明了峰值强度、内聚区长度、复合材料的铺层角度对内聚力模型数值收敛性和计算精确度的影响规律。

摘要： 基于内聚力模型理论探讨钢筋混凝土梁在外荷载作用下断裂破坏的力学机制,对比分析钢筋混凝土梁原型实验与数值计算结果,研究钢筋混凝土梁在不同配筋率和螺旋箍筋倾角条件下,梁体裂纹的分布、扩展规律和破坏形式。研究结果表明:①内聚力模型模拟钢筋混凝土结构断裂破坏优势显著,能够再现梁体裂纹萌生、扩展和断裂破坏过程;②少量和超量配筋均会使钢筋混凝土梁表现出脆性破坏的特征,而配筋率适中则能充分发挥钢筋混凝土梁的延性特征,更加易于梁体承载;③螺旋箍筋倾角为80°时,梁体的正截面承载能力与斜截面承载能力均达到最大值。

摘要： 本文运用双引伸计法对X65无缝钢管管线钢母材进行断裂韧度测试试验,分别得到CTOD(裂纹尖端张开位移)与J积分的相关实验参量.运用内聚力模型(CZM)采用ABAQUS有限元软件及其子程序对X65钢管的稳定裂纹扩展行为进行计算模拟研究.在主要研究过程中,采用三角形内聚力准则(TS-law),选用不同的CZM参数,对X65管线钢双引伸计法的断裂韧度试验进行模拟.与试验结果的载荷-线位移曲线(F-q)、载荷-裂纹嘴张开位移曲线(F-V)进行对比.整合不同内聚力模型参数对计算模拟结果的不同影响.研究表明CZM模型的界面应力、界面刚度与断裂能均为计算模拟结果曲线的影响因素.通过“试误法”,最终适用于模拟X65管线钢裂纹扩展行为的CZM模型参数被选出.运用设置好的CZM模型对其不同的裂纹扩展关系曲线进行模拟,所预测的曲线结果与试验结果相吻合.同时,运用该模型对同等试样进行模拟,所预测的F-V、F-q曲线较吻合.

摘要： 本文基于内聚力模型,使用有限元分析软件ANSYS对切割过程进行了模拟仿真.结果表明,内聚力(CZM)模型可以很好地模拟切割过程,切割时的最大等效应力发生在与刀尖相接处的切屑处.

摘要： 再轧制减薄工艺是将已完成复合工艺的金属复合板通过再轧制的方法使其厚度变薄、表面质量变好、各方面性能也有所增强的工艺.本文利用二维弹塑性有限元法,对不锈钢-碳钢-不锈钢复合板轧制减薄模型进行研究,为了更加真实还原不锈钢-碳钢复合板结合界面的实际情况,采用内聚力模型对结合界面进行模拟,可以为复合板再轧制减薄工艺提供更加准确的指导.分析结果表明:在复合板再轧制减薄过程中,随着压下量的提高,稳定波动阶段平均轧制力会随之线性增加,而轧后厚度会随之线性减小,且压下量是改变轧后厚度的主要原因;随着不锈钢层厚度与碳钢层厚度比的增加,所需的轧制力会线性升高,而界面层受到的应力会相应减小,对界面的损伤也会相应降低.

摘要： 界面破坏是材料与结构失效的常见形式,准确分析模拟界面损伤演化和最终破坏对评估材料乃至结构性能至关重要,在简要介绍内聚力模型的基础上,用Abaqus中的内聚力单元分别对均质材料和非均质材料界面破坏过程进行模拟,数值结果与理论结果吻合良好,表明内聚力单元适用于材料界面破坏分析.

摘要： 脆性断裂是陶瓷材料主要的破坏形式.陶瓷材料的断裂常起源于气孔、微裂纹等内部缺陷.在外载作用下裂纹不断扩展,在扩展过程中会受到微观组织中的不均匀因素(如晶界、气孔、夹杂、第二相粒子等)的影响.晶界、第二相粒子以及第二相颗粒与基体晶粒之间的热胀失配等可能会引起裂纹的偏转、钉扎和桥联,从而提高了材料的断裂能.在微观尺度下研究陶瓷材料的断裂行为,有助于研究微观组织对断裂强度和韧度等宏观力学性能的影响关系,为设计材料提供重要的理论基础.本文在Voronoi网格表征的微观组织中插入含有断裂准则的内聚力单元，建立了内聚力模型，对纳米复合陶瓷刀具材料微观组织中的裂纹扩展行为进行了模拟。并分别分析了纳米相颗粒尺寸、微观组织类型以及纳米相体积含量对裂纹扩展路径和材料性能的影响。

摘要： 从晶体学尺度对裂纹萌生寿命进行数值模拟的方法可大致分为三类.基于Tanaka-Mura模型的模拟,此模型可计算出每条微裂纹萌生寿命;基于内聚力模型的模拟,此模型克服了断裂力学方法不能用于预测新裂纹萌生的困难;基于晶体塑性理论的模拟,能够全面考虑材料的微观结构.

摘要： 扩展有限元法便于模拟裂纹的萌生和任意路径扩展,内聚力模型能很好的模拟材料界面.本文结合扩展有限元法(XFEM)以及内聚力模型(CZM)研究双材料模型的表界面裂纹扩展,对比了在强界面和弱界面两种不同情况下表界面裂纹的扩展形式.

摘要： 本文研究了复合材料双悬臂梁在受弯下的分层扩展行为,应用ABAQUS有限元软件进行模拟分析.根据相关的力学理论,给出了双悬臂梁结构的理论解.有限元模拟结果与理论结果一致,从而验证了有限元模型的有效性.

摘要： 研究炸药的损伤断裂性能,对于装药的点火预测、安全性评估具有重要意义.本文以PBX炸药为研究对象,基于EFG方法和内聚力模型,利用LS-DYNA软件的隐式分析,对圆弧巴西实验中PBX炸药的裂纹形成和扩展过程进行了模拟分析,计算结果和实验结果吻合较好.计算结果表明,试样起裂发生在压缩载荷达到峰值后的较短时间内,而后裂纹沿直径向压头方向扩展.

摘要： 本文利用基于粘接行为的界面—子程序粘接结构模型，针对气泡尺寸、气泡位置以及数量，完成了对搭接结构以及双臂梁结构的模拟，采用ABAQUS材料子程序和基于的接触粘接界面建立两种粘结结构模型,研究了粘接层内的不同气泡缺陷形式(气泡大小,气泡位置以及气泡数量)对不同粘结结构强度的影响.结果表明,搭接结构拉力最大值与气泡尺寸成反比;气泡总面积一定时,搭接结构强度随气泡数量的增大而增强.气泡的存在导致双臂梁结构拉力-位移曲线波动,波动次数与气泡数量一致,与气泡的位置相对应,随着失效的扩展的继续,波动减弱.粘接层中不同气泡缺陷形式的研究对胶黏剂的工程应用有实际价值.

摘要： 本发明涉及有限元建模领域，旨在提供一种基于任意两单元间插入内聚力建立冰雹模型的方法。包括下述过程：建立含所需冰雹部件的有限元模型；基于ABAQUS的PYTHON脚本语言实现任意两单元间插入内聚力的建模，形成带有内聚力单元的冰雹模型；使用带有内聚力单元的冰雹网格模型，结合复合材料层合板模型，实现冰雹冲击复合材料层合板的有限元仿真计算。本发明利用ABAQUS‑PYTHON脚本语言提供一种基于任意两单元间插入内聚力建立冰雹模型的方法，通过该方法能实现ABAQUS现有模块无法实现的任意两单元间插入内聚力的功能，建立带有内聚力单元的冰雹模型，且基于脚本语言的高效建模与ABAQUS完全兼容。

摘要： 本发明公开了一种基于内聚力‑磁机械耦合模型的界面裂纹评估方法，是将涂层界面内聚力单元的牵引力与磁机械效应相结合，建立内聚力‑磁机械耦合模型；通过有限元仿真获得内聚力单元的初始张开位移；利用初始张开位移并根据内聚力‑磁机械耦合模型计算获得界面疲劳裂纹萌生时的磁场强度阈值、内聚力单元最大磁场增长速度，以及裂纹扩展速度之间的拟合关系；利用采集获得的界面处自发漏磁信号的最大磁场强度与磁场强度阈值进行比较，判定裂纹是否开始萌生，并根据拟合关系，获得不同疲劳循环周次作用下的界面裂纹扩展速度，以及涂层疲劳服役过程中界面裂纹扩展长度；本发明方法能够准确评估涂层界面疲劳裂纹的演化行为。

摘要： 本发明属于钢结构腐蚀疲劳损伤分析技术领域，提供了一种基于内聚力模型的钢结构腐蚀疲劳损伤计算方法，步骤如下：定义一种内聚力单元模型；基于点蚀理论和蒙特卡洛方法处理腐蚀缺陷形成和扩展问题；利用本申请所定义的内聚力模型对拟研究结构进行时程分析；对拟研究结构模型网格进行动态更新；利用实时雨流计数法对实时应力进行处理，并计算等效应力幅和累积损伤量。通过本发明所述计算方法，可以分析腐蚀疲劳裂纹扩展过程，从而显著提高钢结构腐蚀疲劳损伤计算精度。

摘要： 本发明涉及一种基于内聚力模型确定表征薄膜粘附性的复合参数的方法，包括：利用界面之间的粘附力和界面相对位移的关系来表示薄膜和衬底间的粘附性，而界面之间的粘附力是随着材料界面的相对距离变化而变化的，建立指数型内聚力模型的势函数来表征出薄膜与衬底间的粘附情况；利用上述指数型内聚力模型作为薄膜衬底结构中薄膜衬底界面单元的本构模型，建立考虑界面粘附性的有限元模型，该模型包含薄膜和衬底两部分，并在薄膜和衬底间添加内聚单元；对复合参数进行界面粘附性敏感性分析，确定出关键参数。本发明可以简单方便地确定对界面粘附性敏感的关键参数。

摘要： 本发明涉及一种基于内聚力模型的无损检测薄膜粘附性的方法，包括：利用界面之间的粘附力和界面相对位移的关系来表示薄膜和衬底间的粘附性，建立指数型内聚力模型的势函数来表征出薄膜与衬底间的粘附情况；利用上述指数型内聚力模型作为薄膜衬底结构中薄膜衬底界面单元的本构模型，建立考虑界面粘附性的有限元模型，该模型包含薄膜和衬底两部分，并在薄膜和衬底间添加内聚单元；对复合参数进行界面粘附性敏感性分析，确定关键参数；计算考虑薄膜与基底间粘附性时的超声表面波在分层结构中传播的理论频散曲线；获得表面波的实验频散曲线；得到薄膜粘附特性的测量值。本发明可以实现薄膜粘附性的定量表征。

摘要： 本发明涉及风挡碰撞仿真技术领域，涉及一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真建模方法，包括：1、建立飞机风挡和机头金属结构几何模型；2、模型划分环形网格；3、在划分环形网格后的飞机风挡中的三层玻璃内玻璃单元两两之间以及三层玻璃和两层胶层层间单元之间嵌入内聚力单元；4、对内聚力单元定义材料模型；5、迭代优化内聚力单元材料模型具体参数；6、确定风挡中除嵌入的内聚力单元外的其他实体单元材料模型参数；7、确定机头金属结构材料模型参数及结构件间连接；8、将风挡模型和机头金属结构模型进行装配，得到飞机机头结构有限元模型。本发明使得民用运输机风挡碰撞仿真结果更加精确，更加接近试验结果。

摘要： 本发明涉及一种基于循环内聚力模型(cyclic cohesive zone model,CCZM)裂纹扩展的参数获取及模拟方法，可实现裂纹扩展过程的高效、精准量化。基于材料裂纹闭合测量试验，发展了考虑裂纹闭合效应的CCZM损伤参数拟合方法；开展材料单调拉伸条件下力‑张开位移曲线测试，进而拟合CCZM的准静态参数。为了实现对不均匀应力场下损伤演化的模拟，在均匀脱粘模型的基础上，引入等效张开位移λeff量化当前结构整体损伤状态。最后，搭建了基于CCZM的裂纹扩展模拟计算框架，联合调用UAMP、UMAT、URDFIL和UEXTERNALDB四个子程序。基于本发明能够从试验角度出发获取疲劳损伤模型参数，精准模拟裂纹扩展的三个阶段。

摘要： 本发明提供了一种固体推进剂率相关内聚力本构模型的构建方法，包括以下步骤：构建指数内聚力模型并编写指数内聚力模型的VUMAT自定义材料子程序；利用三单元标准固体模型构建率相关内聚力本构模型；获取不同应变率效应下的实验数据；根据所述实验数据和指数内聚力模型获取指数内聚力模型的参数；根据所述实验数据和率相关内聚力本构模型获取率相关内聚力本构模型的参数；检验参数辨识后的率相关内聚力本构模型，填补了目前对于固体推进剂的裂纹扩展仿真研究较少考虑应变率影响的空白，能够模拟不同应变率条件下固体推进剂的裂纹扩展特性，实现对固体推进剂不同应变率下裂纹扩展行为的预测。

摘要： 本发明提供了一种锯齿形内聚力模型及构建方法、复合材料损伤仿真方法，用以解决现有技术中复合材料损伤仿真耗时长、不完备、普适性低的问题。所述损伤仿真方法，基于所构建的锯齿形内聚力模型，所述内聚力模型的构建方法，基测试标准件进行裂纹扩展实验，根据实验结果计算双线性型内聚力模型和指数型内聚力模型的内聚力刚度，再根据实验结果进行断裂模拟实验计算Ⅰ型断裂能、Ⅱ型断裂能并获得Ⅲ型断裂能，再计算相应断裂模式下的内聚力强度，构建完备的双线性型内聚力模型，最后通过解析转换，获得完备的锯齿形内聚力模型。本发明能够对复杂的复合材料进行损伤模拟，提高了复合材料损伤仿真分析的有效性、准确度和精确度。

摘要： 本实用新型提供一种新型高抗裂型沥青路面材料内聚力模型，包括：油压泵、推座、导板、内聚力部件、储料仓、进料仓、密封盖、导线、显示器以及压力传感器，所述油压泵右端面安装有推座，所述推座右端面安装有导板，所述导板右端面安装有内聚力部件，所述内聚力部件右端面开设有储料仓，所述储料仓右端面开设有进料仓，所述进料仓右端面安装有密封盖，所述储料仓内部右侧安装有压力传感器，与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：通过使用显示屏以及压力传感器，能够精准检测沥青路面压力变化，通过使用调节环、弹簧以及压缩阻尼，能够调节沥青路面承受缓释度，提高了本实用新型调节、检测以及便于观察的效果。