复合材料学报第35卷 第10期 10月 2018年Acta Materiae Com p ositae Sinica
Vol .35No .10Oct 2018
DOI :10.13801/j .cnki.fhclxb.20171128.006收稿日期:2017-09-07;录用日期:2017-11-10;网络出版时间:2017-11-28 18:52网络出版地址:htt p s ://doi.or g /10.13801/j .cnki.fhclxb.20171128.006基金项目:陕西省建设科技计划(2016-K83)通讯作者:杨应华,博士,教授,博士生导师,研究方向为结构工程二钢结构二混合结构 E -mail :y h y an g @https://www.doczj.com/doc/3510058526.html, 引用格式:郭生栋,杨应华.脆性及准脆性开裂界面的剪胀内聚力模型[J ].复合材料学报,2018,35(10):2906-2918.GUO Shen g don g ,YANG Yin g hua.Cohesive zone model with dilation for brittle and q uasi -brittle crackin g interfaces [J ].Acta Materiae Com p ositae Sinica ,2018,35(10):2906-2918(in Chinese ).脆性及准脆性开裂界面的剪胀内聚力模型
郭生栋,杨应华*
(西安建筑科技大学土木工程学院,西安710055)
摘 要: 根据界面剪胀与Ⅱ型断裂能间的关系,给出构造含剪胀效应张力-位移关系的新途径,该方法先假定Ⅱ型张力-位移关系,再计算界面剪胀函数,从而更易于应用三通过定义基于能量和界面不连续位移的4个损伤变量,给出含剪胀效应的损伤张力-位移关系表示形式,使模型不仅能模拟单调加载问题,而且可模拟反复加载问题三对界面在受压状态下的切向粘结强度二法向位移和摩擦作用分别进行了讨论,给出了相应的计算方法或取值建议三最后通过一个张力-位移关系的实例讨论了界面压力作用二复合模式开裂二卸载-再加载行为和接触罚刚度对法向位移的影响等模型性质三
关键词: 复合模式断裂;界面性能;脱粘;界面损伤;界面分离;有限元方法
中图分类号: TB301;O346.1 文献标志码: A 文章编号: 1000-3851(2018)10-2906-13Cohesive zone model with dilation for brittle and q uasi -brittle crackin g interfaces GUO Shen g don g ,YANG Yin g hua *(School of Civil En g ineerin g ,Xi an Universit y of Architecture and Technolo gy ,Xi an 710055,China )Abstract : Accordin g to the relationshi p between interface dilation and mode Ⅱfracture ener gy ,a new wa y of con -structin g traction -se p aration law with dilation was p resented.The method ,b y first assumin g the mode Ⅱtraction -se p aration relationshi p ,and then derivin g the interface dilation ,was easier to a pp l y .Definin g four dama g e variables based on the interface se p aration and fracture ener gy ,traction -se p aration laws with dilation considerin g dama g e effects were further g iven.This enables the model to simulate not onl y the monotonic loadin g p roblems but also reversed loadin g p roblems.In addition ,interface tan g ential bondin g stren g th ,normal se p aration ,and friction effect under interfacial p ressure were discussed res p ectivel y ,which led to corres p ondin g com p utin g methods or recommen -ded value.Finall y ,an exam p le of traction -se p aration law with dilation considerin g dama g e was p ro p osed.Utilizin g finite element method ,interface p ressure ,mixed mode effect ,unloadin g and reloadin g behavior ,and effects of con -tact p enalt y stiffness on normal se p aration were investi g ated thorou g hl y .
Ke y words : mixed mode fracture ;interfacial p ro p erties ;debondin g ;interface dama g e ;interface se p aration ;finite element method 开裂固体裂纹尖端内聚力最初的概念由Ba -renblatt [1]在研究脆性固体裂纹扩展问题时提出,
几乎在同一时期,Du g dale [2]用类似的概念研究了钢板狭缝尖端塑性区扩展问题三目前大量文献中所称的内聚力模型(Cohesive zone models ,CZM )的基本思想主要来源于Hillerbor g 等[3]在研究混凝土
裂纹的形成与扩展问题时采用的一种方法,该文献
使用可以在微裂纹面上传递应力的模型将有限元方法与断裂力学结合起来,并指出该模型与材料断裂能的内在联系三内聚力模型不仅避免了裂纹尖端应
力奇异性问题,而且将开裂面上的应力直接用开裂
面的不连续位移表示,更容易实现与有限元方法的
结合三开裂面上的应力与开裂面上不连续位移之间
的关系通常称为张力-位移关系(Traction -se p ara -万方数据