材料断裂内聚力定律测量方法的研究

发布时间：2021-04-06 07:06

　　近年来发展的内聚力模型（CZM）是模拟分析复合材料断裂、分层、脱粘和宏、细观损伤力学行为的重要工具,CZM的牵引——分离曲线可以描述复合材料内裂纹从萌生、扩展至断裂失效的全过程。本文研究测量复合材料CZM参数的方法,是复合材料力学和断裂力学的重要课题之一。本文根据等效区域积分原理,推导了J积分、M积分及其交互积分的数值算法公式,编写Python程序,实现了上述围线积分的数值计算,用有限元模型验证了该方法和程序的准确性。以该算法为基础,本文提出了一种改进的直接测量法测取材料内聚力定律,该方法不依赖于传统方法中的梁理论计算公式,能够对试件在加载过程中的断裂韧性进行直接计算。在断裂力学的有限元数值模型中,用改进的直接测量法测取了双线性和指数型两种内聚力模型的牵引—分离曲线,并与数值解进行了比较,其结果相吻合,验证了该方法的可靠性。本文将场投影法与数字图像相关方法（DICM）结合,提出了两种分别基于交互J积分和交互M积分的CZM参数的反解方法。用数字图像相关方法测量全场位移构成测量场,再施加均布载荷依次代替离散后的内聚力区牵引力,构成N个相互独立的数值辅助场,利用测量场与辅助场的交互J积分或M... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

J积分定义Figure2-1DefinitionofJIntegral

第二章 J 积分、M 积分及其交互积分的数值算法,1 1( )ij j iAiqJ u dAx A 是积分区域，以外路径 与内路径 为边界（ 可以选取为裂纹表面则积分区域 A 为 内部区域）。q 是关于 x,y 的权重函数，对在内路径 上有q x, y 1 ，在外路径 上有q x, y 0 。在 与内路径 之间选取一个单元的宽度，由这两条围线所围成的积条宽度为单元边长的带状区域，因此权重函数 q 的图像呈一个“如图所示。现已证明，函数 q 的形式对于 J 积分的影响不大，它可上述条件的可微函数。

二章 J 积分、M 积分及其交互积分的数值算题，可将 (2-14)式具体表示为：11 11 12 1 1 1 121 221[ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ] 1 [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 2[ ][ ] [ ]ij ij ij iju S u S v S S S S x x x q S S S S Sx u SS Sx 221 1 [ ] [ ][ ]v S v S S x x

【参考文献】：
期刊论文
[1]M积分与夹杂/缺陷弹性模量的显式关系[J]. 于宁宇,李群.  力学学报. 2014(01)
[2]金属材料层裂破坏的内聚力模型[J]. 王永刚,胡剑东,王礼立.  固体力学学报. 2012(05)
[3]利用内聚力模型（CZM）模拟弹粘塑性多晶体的裂纹扩展[J]. 吴艳青,张克实.  应用数学和力学. 2006(04)
[4]完备型二次边界轮廓法的研究及求解断裂力学Jα、L、M积分[J]. 陈颂英,周慎杰,郑雯,孙树勋.  上海力学. 1998(04)

硕士论文
[1]实验与数值混合法确定短纤维复合材料宏微观内聚力模型参数[D]. 张晓旭.天津大学 2013



本文编号：3121010