采用Cohesive方法实现材料损伤与裂纹扩展

①表面加强肋界面裂纹的起始与扩展过程的模拟

该案例描述了在Abaqus中使用Cohesive单元的方法预测表面加强肋界面裂纹的起始与扩展过程,这种类型的结构经常会遇到的失效模式。该模拟结果与实验进行了很好的对比。

如图演示的是表面加强肋的几何结构模型与利用Cohesive单元的方法在外部载荷下,裂纹的扩展。

②金属陶瓷的裂纹扩展

Cohesive单元的方法具有普遍的应用范围,对于多裂纹的扩展问题也有很好的解决方案。如图是一个模拟冲击过程的有限元模型和结果图,冲击杆以一定的速度冲击金属陶瓷,FGM为梯度功能材料,substrate为基底。在冲击杆和FGM材料的上表面设置接触,为增强数值稳定性还模型加入了很小的阻尼(有许多实验表明这对能量方面造成的误差在2—5%)。模型大约15000个单元,为了模拟裂纹扩展,在冲击区域(20mm*30mm)有大约10500个cohesive单元分布在单元的边界。

③复合材料粘结层的开裂

该模拟反映了典型的复合材料层间开裂过程的模拟。模型中复合材料由三层粘结单元粘结而成。在动态冲击载荷作用下,复合材料的分层表现为显著的层间失效。

④移动质量球对静止墙壁的冲击

该模型在每一个六面体单元之间创建一层粘结层,从而形成六面体粘结墙体。采用一个质量较大的球体实现高速对静态墙体冲击损伤模拟。模型分析采用Abaqus/Explicit实现,采用Cohesive单元还可以模拟诸如水面滑行、机加工、石油钻井、开挖以及爆炸对建筑物的影响等工程分析。

①表面加强肋界面裂纹的起始与扩展过程的模拟

该案例描述了在Abaqus中使用Cohesive单元的方法预测表面加强肋界面裂纹的起始与扩展过程,这种类型的结构经常会遇到的失效模式。该模拟结果与实验进行了很好的对比。

如图演示的是表面加强肋的几何结构模型与利用Cohesive单元的方法在外部载荷下,裂纹的扩展。

②金属陶瓷的裂纹扩展

Cohesive单元的方法具有普遍的应用范围,对于多裂纹的扩展问题也有很好的解决方案。如图是一个模拟冲击过程的有限元模型和结果图,冲击杆以一定的速度冲击金属陶瓷,FGM为梯度功能材料,substrate为基底。在冲击杆和FGM材料的上表面设置接触,为增强数值稳定性还模型加入了很小的阻尼(有许多实验表明这对能量方面造成的误差在2—5%)。模型大约15000个单元,为了模拟裂纹扩展,在冲击区域(20mm*30mm)有大约10500个cohesive单元分布在单元的边界。

③复合材料粘结层的开裂

该模拟反映了典型的复合材料层间开裂过程的模拟。模型中复合材料由三层粘结单元粘结而成。在动态冲击载荷作用下,复合材料的分层表现为显著的层间失效。

④移动质量球对静止墙壁的冲击

该模型在每一个六面体单元之间创建一层粘结层,从而形成六面体粘结墙体。采用一个质量较大的球体实现高速对静态墙体冲击损伤模拟。模型分析采用Abaqus/Explicit实现,采用Cohesive单元还可以模拟诸如水面滑行、机加工、石油钻井、开挖以及爆炸对建筑物的影响等工程分析。


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