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一种多尺度内聚颗粒模型的构建方法及数值模拟研究 被引量:7
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作者 郭进山 蔡改贫 +2 位作者 卢小江 夏刘洋 余世科 《科学技术与工程》 北大核心 2016年第8期72-78,共7页
基于离散元方法采用Hertz-Mindlin接触模型和黏结颗粒模型,构建石灰岩的多尺度内聚颗粒模型。利用EDEM与ADAMS耦合将该模型应用于双摆锤冲击破碎过程,分析冲击破碎能对石灰岩冲击破碎的影响。结果表明:冲击破碎能与黏结键的数目有一定... 基于离散元方法采用Hertz-Mindlin接触模型和黏结颗粒模型,构建石灰岩的多尺度内聚颗粒模型。利用EDEM与ADAMS耦合将该模型应用于双摆锤冲击破碎过程,分析冲击破碎能对石灰岩冲击破碎的影响。结果表明:冲击破碎能与黏结键的数目有一定的线性关系,且冲击破碎能越大黏结键断裂越迅速,矿料破碎得越彻底;冲击角度越大,破碎力增加的速率也越大。最后该模型给出与试验相吻合的颗粒粒度分布曲线,说明该模型能够较好地模拟矿料的冲击破碎过程。 展开更多
关键词 离散单元法 多尺度内聚模型 数值模拟
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基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态巴西实验的数值模拟 被引量:2
2
作者 崔云霄 陈鹏万 +2 位作者 David A.Cendon 戴开达 钟方平 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第9期1639-1645,共7页
高聚物粘结炸药(PBX)是战斗部的关键组成部分,其动态力学行为,特别是动态断裂特性关系到战斗部的安全性和使用可靠性。基于内聚裂纹模型,对PBX模拟材料(PBX-M)的动态巴西实验进行数值模拟,对比霍普金森杆实验中测得的拉伸应力曲线,以及... 高聚物粘结炸药(PBX)是战斗部的关键组成部分,其动态力学行为,特别是动态断裂特性关系到战斗部的安全性和使用可靠性。基于内聚裂纹模型,对PBX模拟材料(PBX-M)的动态巴西实验进行数值模拟,对比霍普金森杆实验中测得的拉伸应力曲线,以及高速摄像结合数字图像相关方法得到的试样表面位移场和应变场。对比结果发现,拉伸应力峰值的数值模拟结果比实验结果小约5%,拉应变集中带的数值模拟结果与实验结果的偏差小于15%,验证了内聚裂纹模型的有效性。根据数值模拟结果,探讨了PBX-M试样在动态巴西实验过程中的起裂和裂纹扩展规律,给出了裂纹宽度的定量化信息。 展开更多
关键词 兵器科学与技术 内聚裂纹模型 动态巴西实验 物粘结炸药 数字图像相关方法
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混凝土梁裂纹扩展的内聚区模型数值模拟 被引量:4
3
作者 琚宏昌 陈国荣 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 2008年第3期10-14,共5页
为了对混凝土简支梁进行动载荷下断裂破坏的数值模拟,运用动力学虚功原理、时间步长、双线性内聚区模型,采用常规有限元下内聚区模型相结合的方法,编制了简支梁动态分析的程序代码.借助于商业软件ABAQUS强大的前、后处理的功能,验证内... 为了对混凝土简支梁进行动载荷下断裂破坏的数值模拟,运用动力学虚功原理、时间步长、双线性内聚区模型,采用常规有限元下内聚区模型相结合的方法,编制了简支梁动态分析的程序代码.借助于商业软件ABAQUS强大的前、后处理的功能,验证内聚单元尺寸应当控制在内聚区长度的二分之一以内.在裂纹开裂后的起始阶段,裂纹扩展速度较慢,随后以平稳速度向上传播.算例证明,常规有限元与内聚区模型相结合的方法在模拟裂纹自然发生的断裂过程方面有着广阔的应用前景. 展开更多
关键词 动力学 内聚模型 有限元 断裂 数值模拟
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含裂纹简支梁在均布荷载作用下的内聚区模型解析函数 被引量:3
4
作者 段树金 解沅衡 +1 位作者 侯永康 安蕊梅 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期310-315,503,共7页
对于含切口简支梁受均布荷载作用的问题,基于Williams应力函数,通过边界配置法并借用无裂纹体应力边界条件,求得了含高阶项的全场解析解及相应的应力强度因子K_Ⅰ。基于"Duan and Nakagawa’s"模型,通过对首项(奇异项)进行加... 对于含切口简支梁受均布荷载作用的问题,基于Williams应力函数,通过边界配置法并借用无裂纹体应力边界条件,求得了含高阶项的全场解析解及相应的应力强度因子K_Ⅰ。基于"Duan and Nakagawa’s"模型,通过对首项(奇异项)进行加权积分,消除了裂缝尖端应力呈无穷大的奇异性,得到了内聚区模型的全场解析解。通过对不同解法下典型截面正应力分布的比较,表明内聚区模型解消除了裂缝尖端应力的奇异性,比函数叠加法的结果精度更高,这样的数学力学模型可以从宏观上反映混凝土类材料的断裂特性。 展开更多
关键词 含切口简支梁 边界配置法 内聚模型 解析解
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基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态断裂行为研究 被引量:1
5
作者 崔云霄 陈鹏万 +2 位作者 郭保桥 David A.Cendón 周忠彬 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2379-2385,共7页
对某高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料的动态拉伸断裂行为进行研究。针对该材料开展了基于霍普金森压杆的动态带预制裂纹半圆盘弯曲实验,并结合高速摄像与数字图像相关方法,得到了试样动态破坏过程中的位移场和应变场。基于内聚裂纹模型,对... 对某高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料的动态拉伸断裂行为进行研究。针对该材料开展了基于霍普金森压杆的动态带预制裂纹半圆盘弯曲实验,并结合高速摄像与数字图像相关方法,得到了试样动态破坏过程中的位移场和应变场。基于内聚裂纹模型,对其动态拉伸破坏过程进行了数值模拟。数值模拟与实验结果进行对比后发现,拉伸应力曲线、试样破坏前后变形场等结果符合较好。根据数值模拟结果,分析了PBX试样在动态预制裂纹半圆盘弯曲实验过程中的裂纹扩展演化规律,得到裂纹宽度比实验结果偏小约15%的结论。 展开更多
关键词 爆炸力学 内聚裂纹模型 半圆盘弯曲实验 物粘结炸药 数字图像相关方法
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基于内聚区模型的连续油管韧性断裂研究
6
作者 李举 赵广慧 +2 位作者 梁政 廖贵鹏 李鲲 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1319-1325,1424,共8页
依据连续油管用CT80钢的三点弯曲试样的断裂实验,通过基于改进Levenberg-Marquardt优化算法的反演分析确定了CT80钢的内聚区模型参数,为连续油管的韧性断裂研究提供了有效的内聚区模型。将所确定的最优内聚区模型通过UMAT嵌入ABAQUS软件... 依据连续油管用CT80钢的三点弯曲试样的断裂实验,通过基于改进Levenberg-Marquardt优化算法的反演分析确定了CT80钢的内聚区模型参数,为连续油管的韧性断裂研究提供了有效的内聚区模型。将所确定的最优内聚区模型通过UMAT嵌入ABAQUS软件,建立了井筒内含环向穿透裂纹连续油管的有限元模型,模拟了有内压和无内压条件下裂纹韧性的扩展规律。通过研究含裂纹连续油管的加载面轴向力随加载位移的变化,确定了连续油管的临界穿透裂纹尺寸,为连续油管的"先漏后断"评定提供依据。结果表明:内压使裂纹更容易扩展,且裂纹的初始尺寸越小,内压的作用越明显;内压对临界穿透裂纹尺寸会产生显著影响,承受30MPa内压的连续油管,在轴向极限拉力作用下的临界穿透裂纹尺寸仅为无内压情况下的52.7%。 展开更多
关键词 连续油管 内聚模型 反演分析 “先漏后断”评定理论 韧性断裂
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采用电解预刻蚀实现高界面结合强度的镍/钢微流控芯片模芯
7
作者 杜立群 王帅 +1 位作者 郭柄江 王忠民 《微纳电子技术》 CAS 2024年第10期141-152,共12页
采用微电铸工艺制作微流控芯片金属模芯的过程中,金属基底与沉积层之间的界面结合强度制约着金属模芯的成品率、制作周期、制作成本以及使用寿命。以NAK80模具钢基底和镍铸层的结合界面为研究对象,采用电解预刻蚀的方法提高界面结合强... 采用微电铸工艺制作微流控芯片金属模芯的过程中,金属基底与沉积层之间的界面结合强度制约着金属模芯的成品率、制作周期、制作成本以及使用寿命。以NAK80模具钢基底和镍铸层的结合界面为研究对象,采用电解预刻蚀的方法提高界面结合强度。首先,为探究界面结合强度的影响因素,开展数值仿真研究。仿真结果表明,界面结合强度随表面粗糙度和刻蚀深度的增加均呈现增大的规律。为优选电解预刻蚀的工艺参数,开展刻蚀实验研究。实验结果表明,当电压为0~20V时,基底表面粗糙度随刻蚀电压的增加先增大后减小,优选电压为11.15V;当刻蚀电压一定时,刻蚀深度随刻蚀时间的增加而增加。为保证电沉积后铸层无缺陷,缩短电铸和后处理时间,针对60μm宽度的流道式芯片模芯,将刻蚀深度优选为30μm,以此获得优选的刻蚀时间为53s。基于以上仿真和实验结果,制作出了铸层厚度为40μm、整体尺寸为65mm×65mm的微流控芯片金属模芯。采用拉伸法测得界面结合强度为178.46MPa,相比于无刻蚀方法,电解预刻蚀后的界面结合强度提高了518.6%。 展开更多
关键词 微流控芯片模芯 界面结合强度 电解刻蚀 电铸 内聚模型
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聚丙烯内聚区银纹断裂时间的预测
8
作者 刘力学 王苓 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期113-118,共6页
文中拟定的聚丙烯(PP)银纹断裂分离标准是根据银纹拉伸产生变形热引起内聚区熔融层的形成和增厚提出的。内聚区分离的数值模拟是基于活性层附近的银纹区和本体区内的非线性热传导和热对流,并伴随均一轴向银纹的力学拉伸。聚丙烯银纹断... 文中拟定的聚丙烯(PP)银纹断裂分离标准是根据银纹拉伸产生变形热引起内聚区熔融层的形成和增厚提出的。内聚区分离的数值模拟是基于活性层附近的银纹区和本体区内的非线性热传导和热对流,并伴随均一轴向银纹的力学拉伸。聚丙烯银纹断裂时间的预测是在假定常银纹增厚速率和常内聚力的条件下实现的。研究表明,活性层温度相同时PP材料银纹区和本体区的温度分布不同,前者的热传导较后者快得多。随着应力或拉伸速率增大,无论是银纹区还是本体区的温度分布均呈减小的趋势。随着应力增加或银纹增厚速率的增加,PP的银纹断裂时间呈递减的趋势。实验结果的比对证实了通过热反内聚模型的数值模拟程序可预测聚丙烯的银纹断裂时间。 展开更多
关键词 内聚模型 数值计算 丙烯 银纹断裂 内聚
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基于异构信息网络的最大影响力社区搜索
9
作者 杜明 杨雯 周军锋 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2023年第8期16-26,共11页
异构信息网络能够对对象类型多样、交互复杂的数据系统进行有效建模。基于异构信息网络进行社区搜索的研究,通常以顶点类型、最小度和网络结构为中心建立社区模型,查询内聚子图。但现有研究存在两个问题:(1)未考虑网络中隐藏的另一种自... 异构信息网络能够对对象类型多样、交互复杂的数据系统进行有效建模。基于异构信息网络进行社区搜索的研究,通常以顶点类型、最小度和网络结构为中心建立社区模型,查询内聚子图。但现有研究存在两个问题:(1)未考虑网络中隐藏的另一种自然属性——影响力对查询结果的影响;(2)忽略了用户对查询结果规模上限的要求,导致查询结果与用户预期不匹配。为此,对与影响力信息相结合的异构信息网络进行研究,并提出组合约束模型作为该类网络的社区内聚性度量标准。为解决基于组合约束模型的社区搜索问题,提出了两种通过预处理和剪枝策略进行优化的搜索算法。最后,在8个数据集上对所提算法的有效性和高效性进行验证。 展开更多
关键词 异构信息网络 社区搜索 社区内聚模型 影响力
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六书拣金——在现代语境中释读传统汉字六书理论
10
作者 张泽渡 《大观周刊》 2012年第37期5-6,共2页
东汉许慎所著《说文解字》是一部百科奇书,但后世历代学者没有采用联系的观点和系统的方法看待它.因此也未能发现隐藏其中的理论体系。以系统方法对汉字构形六种原理进行比较就会发现,象形法是用自然手法记录实物:指事法是靠主观意... 东汉许慎所著《说文解字》是一部百科奇书,但后世历代学者没有采用联系的观点和系统的方法看待它.因此也未能发现隐藏其中的理论体系。以系统方法对汉字构形六种原理进行比较就会发现,象形法是用自然手法记录实物:指事法是靠主观意识表达器用;会意法是借客观场景描述情理;形声法是凭事物形貌据形归并;转注法是依实物种属分门别类;假借法是照语言之音依声寻字。汉字六书构形系统在语言心理学原理指导下,建构了一个各自以物、事、意、形、质、音为核心的周密的认识体系。 展开更多
关键词 辩证思维 系统观念 方以类 物以群分 内聚模型 外散模型 嬗变模型
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Numerical study of fatigue damage of asphalt concrete using cohesive zone model 被引量:5
11
作者 金光来 黄晓明 +1 位作者 张苏龙 梁彦龙 《Journal of Southeast University(English Edition)》 EI CAS 2013年第4期431-435,共5页
In order to investigate the fatigue behavior of asphalt concrete, a new numerical approach based on a bi-linear cohesive zone model (CZM) is developed. Integrated with the CZM, a fatigue damage evolution model is es... In order to investigate the fatigue behavior of asphalt concrete, a new numerical approach based on a bi-linear cohesive zone model (CZM) is developed. Integrated with the CZM, a fatigue damage evolution model is established to indicate the gradual degradation of cohesive properties of asphalt concrete under cyclic loading. Then the model is implemented in the finite element software ABAQUS through a user-defined subroutine. Based on the proposed model, an indirect tensile fatigue test is finally simulated. The fatigue lives obtained through numerical analysis show good agreement with laboratory results. Fatigue damage accumulates in a nonlinear manner during the cyclic loading process and damage initiation phase is the major part of fatigue failure. As the stress ratio increases, the time of the steady damage growth stage decreases significantly. It is found that the proposed fatigue damage evolution model can serve as an accurate and efficient tool for the prediction of fatigue damage of asphalt concrete. 展开更多
关键词 fatigue damage indirect tensile fatigue test asphalt concrete cohesive zone model numerical simulation finite element method
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固体结构损伤破坏统一相场理论、算法和应用 被引量:27
12
作者 吴建营 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期301-329,I0001,共30页
固体开裂引起的损伤和断裂是工程材料和结构最为普遍的破坏形式.为了防止这种破坏,结构设计首先必须了解裂缝在固体内如何萌生、扩展、分叉、汇聚甚至破碎;更重要的是,还需要准确量化这些裂缝演化过程对于结构完整性和安全性降低的不利... 固体开裂引起的损伤和断裂是工程材料和结构最为普遍的破坏形式.为了防止这种破坏,结构设计首先必须了解裂缝在固体内如何萌生、扩展、分叉、汇聚甚至破碎;更重要的是,还需要准确量化这些裂缝演化过程对于结构完整性和安全性降低的不利影响.针对上述固体结构损伤破坏问题,本工作系统地介绍了笔者提出的统一相场理论、算法及其应用.作为一种裂缝正则化变分方法,统一相场理论将基于强度的裂缝起裂准则、基于能量的裂缝扩展准则以及满足变分原理的裂缝路径判据纳入同一框架内.不仅常用的脆性断裂相场模型是该理论的特例,还自然地给出了一类同时适用于脆性断裂和准脆性破坏的相场正则化内聚裂缝模型即PF-CZM.该模型非常便于通过有限元等方法加以数值实现;为了求解有限元空间离散后得到的非线性方程组,还介绍了几种常用的数值算法,其中整体BFGS拟牛顿迭代算法的计算效率最高.静力、动力和多场耦合条件下若干二维和三维代表性算例表明:相场正则化内聚裂缝模型PF-CZM能够高精度地再现复杂裂缝演化导致的脆性和准脆性固体损伤破坏;特别是,所有情况下,模型的数值结果不依赖于裂缝尺度参数和有限元网格.因此,该模型具有相当好的预测能力,有望在工程结构的损伤破坏分析方面发挥重要作用.最后建议了若干值得进一步开展的研究课题. 展开更多
关键词 相场理论 损伤 断裂 能量原理 内聚裂缝模型 BFGS拟牛顿算法
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基于内聚区模型的InSb面阵探测器分层研究 被引量:1
13
作者 孟庆端 贵磊 +3 位作者 张晓玲 张立文 耿东峰 吕衍秋 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期386-391,共6页
液氮冲击中InSb面阵探测器表面经常出现局部分层、开裂等失效模式.为明晰材料分层、光敏元芯片断裂过程,基于三维等效建模设想,在易分层处添加内聚区模型,合理选取界面分层开裂参数,建立了128×128InSb探测器结构分层模型.模拟结果... 液氮冲击中InSb面阵探测器表面经常出现局部分层、开裂等失效模式.为明晰材料分层、光敏元芯片断裂过程,基于三维等效建模设想,在易分层处添加内聚区模型,合理选取界面分层开裂参数,建立了128×128InSb探测器结构分层模型.模拟结果涵盖了典型碎裂照片中呈现的所有形变信息,即1)在光敏元阵列区域,复现出典型棋盘格屈曲模式;2)在Negative电极区域上方,InSb芯片与下层材料逐渐分开,且分层向两侧逐步扩展;3)在面阵探测器周边区域,表面起伏相对平整.上述模拟结果证明了所建分层模型的正确性和参数选取的合理性,为后续裂纹起源、传播过程的研究提供了模型基础. 展开更多
关键词 面阵探测器 内聚模型 结构分层
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基于原子内聚力与表面能等效的内聚裂纹模型 被引量:3
14
作者 姚寅 黄再兴 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1796-1801,共6页
从非局部连续介质理论出发,采用一种新的理性力学方法对裂纹前缘内聚应力分布规律进行研究。首先,在内聚裂纹表面引入非局部应力边界条件,从而将内聚区内表面诱发张力(非局部表面残余)与内聚应力等价联系起来;然后,利用能量平衡关系,得... 从非局部连续介质理论出发,采用一种新的理性力学方法对裂纹前缘内聚应力分布规律进行研究。首先,在内聚裂纹表面引入非局部应力边界条件,从而将内聚区内表面诱发张力(非局部表面残余)与内聚应力等价联系起来;然后,利用能量平衡关系,得到仅与表面能密度相关的I型裂纹内聚力新的本构方程。最后,在推导结果的基础上,计算一个具体的脆性断裂算例研究内聚区内表面能与内聚应力随裂纹张开位移(COD)变化的分布规律。由计算结果发现,裂纹尖端应力奇异性消除,且应力最大值不一定出现在裂纹尖端,而是发生在裂纹尖端周围的内聚区内。 展开更多
关键词 非局部应力边界条件 内聚裂纹模型 能量平衡 表面能 表面诱发张力 裂纹尖端张开位移 脆性断裂
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INTERFACE DAMAGE ANALYSIS OF FIBER REINFORCED COMPOSITES WITH DUCTILE MATRIX 被引量:1
15
作者 周储伟 王鑫伟 +1 位作者 杨卫 方岱宁 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2000年第2期119-123,共5页
A cohesive zone model is employed to simulate the fiber/matrix interface damage of composites with ductile matrix. The study is carried out to investigate the dependence of the interface damage and the composite tensi... A cohesive zone model is employed to simulate the fiber/matrix interface damage of composites with ductile matrix. The study is carried out to investigate the dependence of the interface damage and the composite tensile strength on the micro parameters of the composite. These parameters contain fiber packing pattern, fiber volume fraction, and the modulus ratio of the fiber to the matrix. The investigation reveals that though the high fiber vo lume fraction, the high fiber′s modulus and the square fiber packing can supply strong reinforcement to the composite, the interface damage is susceptible in these cases. The tensile strength of the composite is dominated by the interface strength when the interface debonding occurs. 展开更多
关键词 fiber reinforced composite micro mechanics cohesive zone model interface damage tensile strength
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碳/玻璃纤维混编复合材料和钢板的单搭接接头的力学性能分析与预测 被引量:1
16
作者 陈洋 胡宁 +2 位作者 敬敏 宁慧铭 马春华 《重庆大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期68-81,共14页
对碳/玻璃纤维混编纤维增强复合材料(FRP)和金属的粘接接头、铆接接头及粘铆混合连接接头的力学性能进行了系统的仿真和试验研究。分别使用内聚区损伤模型、金属失效准则和Hashin失效准则有效地模拟试验中胶层的脱粘失效、铆钉的断裂和... 对碳/玻璃纤维混编纤维增强复合材料(FRP)和金属的粘接接头、铆接接头及粘铆混合连接接头的力学性能进行了系统的仿真和试验研究。分别使用内聚区损伤模型、金属失效准则和Hashin失效准则有效地模拟试验中胶层的脱粘失效、铆钉的断裂和FRP板的损伤。结合3种失效准则建立粘铆混合连接的有限元模型,并对其混合连接接头的拉伸力学性能进行预测。结果表明有限元模型准确地预测了混合连接试验的最大载荷、失效位移、失效形式和复杂失效过程的各个阶段。混编FRP在有胶层的接头的失效模式上表现出了特殊性,作为编织纱的玻璃纤维被撕脱。此外,基于以上模型研究了胶层厚度对混合连接接头力学性能的影响规律。随着胶层厚度增加,接头的最大载荷先增大后减小,FRP板铆钉孔周围的失效范围逐渐增大。 展开更多
关键词 混合编织复合材料 单搭接接头 胶层厚度 力学性能 内聚模型
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构元组集损伤断裂模型及其与内聚区模型的比较
17
作者 刘芳 付强 +1 位作者 陈岑 梁乃刚 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期241-246,共6页
结构的响应实质上是材料的响应,宏观结构损伤至断裂的发展过程也是材料性质不断演化的结果.构元组集模型从材料的微观物理变形机制出发,基于对泛函势理论和Cauchy-Born准则,抽象出两种构元:弹簧束构元和体积构元.在微观层次上,结构损伤... 结构的响应实质上是材料的响应,宏观结构损伤至断裂的发展过程也是材料性质不断演化的结果.构元组集模型从材料的微观物理变形机制出发,基于对泛函势理论和Cauchy-Born准则,抽象出两种构元:弹簧束构元和体积构元.在微观层次上,结构损伤和断裂的实质都是原子间键合力减弱和丧失的结果,而弹簧束构元是同一方向上的原子键的抽象,因此损伤可以通过弹簧束构元的响应曲线来反映.组集两种构元的响应,建立了材料的弹性损伤本构关系,从而能一致描述材料从弹性到损伤、破坏的发展过程.将构元组集模型的本构关系嵌入ABAQUS的用户材料单元子程序UMAT,实现对结构响应的数值模拟.论文模拟了包含中心预制裂纹三点弯曲梁的裂纹扩展过程,并与内聚区模型比较,给出了内聚区模型所假设的应力-位移关系曲线,并从材料损伤演化的角度对材料裂纹扩展过程做出了物理解释. 展开更多
关键词 弹性损伤本构关系 裂纹扩展 ABAQUS UMAT 构元组集模型 内聚模型
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基于统一相场理论的锂电池电极颗粒断裂模拟研究
18
作者 吴建营 洪屹峰 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2472-2488,共17页
锂电池充放电过程中,锂离子的脱出和嵌入会引发电极颗粒的不均匀体积变化和机械应力.上述锂离子扩散过程诱发的应力与电极颗粒的尺寸大小、截面形状和冲放电速率有关,可能会导致电极颗粒出现裂缝起裂、扩展甚至断裂等力学失效,对锂离子... 锂电池充放电过程中,锂离子的脱出和嵌入会引发电极颗粒的不均匀体积变化和机械应力.上述锂离子扩散过程诱发的应力与电极颗粒的尺寸大小、截面形状和冲放电速率有关,可能会导致电极颗粒出现裂缝起裂、扩展甚至断裂等力学失效,对锂离子电池的容量和循环寿命等性能产生不利影响.为准确模拟并预测电极颗粒的力学失效过程,在笔者前期提出的统一相场理论框架内进一步考虑化学扩散、力学变形和裂缝演化等耦合过程,建立化学–力学耦合相场内聚裂缝模型,发展相应的多场有限元数值实现算法,并应用于二维柱状和三维球体锂电池电极颗粒的力学失效分析.由于同时涵括了基于强度的起裂准则、基于能量的扩展准则以及基于变分原理的裂缝路径判据,这一模型不仅适用于带初始缺陷电极颗粒的开裂行为模拟,而且适用于无初始缺陷电极颗粒的损伤破坏全过程分析.数值计算结果表明,相场内聚裂缝模型能够模拟锂离子扩散引发的电极颗粒裂缝起裂、扩展、汇聚等复杂演化过程,可为锂离子电池电极颗粒的力学失效预测和优化设计提供有益的参考. 展开更多
关键词 锂离子电池 扩散 化学-力学耦合失效 相场理论 内聚裂缝模型
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侵彻过程中弹头形状对PBX炸药损伤的影响 被引量:3
19
作者 石啸海 余春祥 +2 位作者 戴开达 崔云霄 陈华 《弹箭与制导学报》 北大核心 2019年第3期81-85,89,共6页
侵彻过程中,弹体头部形状会对内部装药的力学性能产生较大影响。文中基于内聚裂纹模型,编写了PBX炸药的自定义材料模型,利用有限元软件LS-DYNA进行了缩比弹侵彻混凝土的数值模拟,计算得到了PBX炸药的损伤演化过程。通过单元裂纹宽度、... 侵彻过程中,弹体头部形状会对内部装药的力学性能产生较大影响。文中基于内聚裂纹模型,编写了PBX炸药的自定义材料模型,利用有限元软件LS-DYNA进行了缩比弹侵彻混凝土的数值模拟,计算得到了PBX炸药的损伤演化过程。通过单元裂纹宽度、裂纹含量等关键参数,分析了尖卵形弹头曲径比对装药动态损伤的影响。结果表明,尖卵形弹弹头形状的变化对装药动态损伤影响较大,控制弹头曲径比有利于减小装药损伤。 展开更多
关键词 弹头形状 侵彻 PBX炸药 动态损伤 内聚裂纹模型 数值模拟
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基于扩展有限元法的重组竹Ⅰ型断裂数值模拟分析 被引量:2
20
作者 刘明凯 周爱萍 +1 位作者 刘燕燕 盛宝璐 《林业工程学报》 CSCD 北大核心 2020年第6期49-56,共8页
重组竹作为一种高强度复合材料正被逐渐用于建筑领域,但其工艺特点决定了重组竹构件是带裂纹工作的。以ABAQUS有限元软件为平台,结合扩展有限元法(XFEM)和内聚区模型(CZM)对重组竹I型断裂进行数值模拟。三维双悬臂梁(DCB)模型采用基于... 重组竹作为一种高强度复合材料正被逐渐用于建筑领域,但其工艺特点决定了重组竹构件是带裂纹工作的。以ABAQUS有限元软件为平台,结合扩展有限元法(XFEM)和内聚区模型(CZM)对重组竹I型断裂进行数值模拟。三维双悬臂梁(DCB)模型采用基于牵引分离法则的内聚行为描述裂纹的启裂和扩展,得到裂纹扩展全过程的可视结果和外荷载-裂纹张开口位移曲线(P-δ曲线),并对比模拟曲线和试验曲线,考虑峰值荷载存在差异的合理性。再进一步处理荷载-位移曲线,得到裂纹扩展阻力曲线(R曲线),并通过对比R曲线再次验证了该数值方法的有效性,为工程实际应用提供参考。在此基础上,又对比了5种不同厚度和3种不同初始裂纹长度条件下的重组竹I型断裂能量释放率,分析了厚度和初始裂纹长度2种尺寸参数对重组竹断裂韧性的影响。结果表明:薄试件具有较大的断裂韧度,随着厚度增大,双悬臂构件由平面应力状态转为平面应变状态,双悬臂梁的能量释放率趋于一个恒定的较低值,其中,厚度大于40 mm的试件模拟准确度较高。对于处于平面应变状态下的双悬臂梁,其初始裂纹长度对断裂韧度的模拟结果影响较小。 展开更多
关键词 重组竹 扩展有限元法(XFEM) 内聚模型 尺寸效应 断裂韧度 数值模拟
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