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案例行业

损伤与断裂分析

采用Cohesive方法实现材料损伤与裂纹扩展

案例类别

采用Cohesive方法实现材料损伤与裂纹扩展

问题描述

①   表面加强肋界面裂纹的起始与扩展过程的模拟

②   金属陶瓷的裂纹扩展

③   复合材料粘结层的开裂

④   移动质量球对静止墙壁的冲击

应用软件

网格划分

应用ANSA进行网格划分

计算求解

应用ABAQUS进行求解

其它相关软件

计算分析

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。