彭凡
,
马庆镇
,
戴宏亮
复合材料学报
针对组分材料体积分数任意分布的聚合物功能梯度材料,研究其在蠕变加载条件下Ⅰ型裂纹应力强度因子(SIFs)和应变能释放率的时间相依特征.由Mori-Tanaka方法预测等效松弛模量,在Laplace变换域中采用梯度有限元法和虚拟裂纹闭合方法计算断裂参数,由数值逆变换得到物理空间的对应量.分析边裂纹平行于梯度方向的聚合物功能梯度板条,分别考虑均匀拉伸和三点弯曲蠕变加载.结果表明,聚合物梯度材料应变能释放率随时间增加,其增大的程度与黏弹性组分材料体积分数正相关;材料的非均匀黏弹性性质产生应力重新分布,导致裂纹尖端应力场强度随时间变化,当裂纹位于黏弹性材料含量较低的一边时,应力强度因子随时间增加,反之,随时间减小.而且,材料的应力强度因子与时间相依的变化范围和体积分数分布以及加载方式有关,当体积分数接近线性分布时,变化最明显,三点弯曲比均匀拉伸的变化大.SIFs随时间的延长增加或减小、加剧或减轻裂纹尖端部位的“衰坏”,表明黏弹性功能梯度裂纹体的延迟失稳需要联合采用应力强度因子与应变能释放率作为双控制参数.
关键词:
聚合物
,
梯度材料
,
黏弹性断裂
,
蠕变
,
应力强度因子
,
应变能释放率
彭惠芬
,
夏晔
,
周立明
复合材料学报
doi:10.13801/j.cnki.fhclxb.20160315.012
利用区间B样条小波良好的局部化性能,将内聚力模型(CZM)引入小波有限元法(WFEM)数值分析中,以区间B样条小波尺度函数作为插值函数,构造小波内聚力界面单元,推导了小波内聚力界面单元刚度矩阵,基于虚拟裂纹闭合技术(VCCT)计算界面裂纹应变能释放率(SERR),采用β-Κ断裂准则,实现界面裂纹扩展准静态分析。将 WFEM和传统有限元法(CFEM)的 SERR 数值分析结果与理论解进行比较,结果表明：采用WFEM和CFEM计算的SERR分别为96.60 J/m2和101.43 J/m2,2种方法的SERR数值解与理论解相对误差分别为1.85%和3.06%,这明确表明WFEM在计算界面裂纹扩展方面能用较少单元和节点数获得较高的计算精度和效率。在此基础上,探讨了界面裂纹初始长度和双材料弹性模量比对界面裂纹扩展的影响,分析结果表明：界面裂纹尖端等效应力随界面裂纹初始长度的增加而增加；双材料弹性模量比相差越大,界面裂纹越易于扩展,且裂纹扩展长度也越大,因此可通过调节双材料弹性模量比来延缓界面裂纹扩展。
关键词:
内聚力模型
,
小波有限元
,
界面裂纹扩展
,
虚拟裂纹闭合技术
,
应变能释放率
张晨浩
,
王璐
,
陈浩
玻璃钢/复合材料
复合材料夹层结构因其比强度高、比刚度高、耐腐蚀等优异性能,被广泛应用于多个领域.但现役条件下,复合材料夹层结构也面临着各种损伤.在现有应用中,温度、荷载共同作用下的面层与芯材的张开型剥离(Ⅰ型断裂)是常见的失效模式.基于能量守恒的观点,应用弹性地基梁理论,推导开裂时面层与芯材之间裂纹扩展的应变能释放率表达式,并用该理论值与双悬臂梁试验得到的试验值作对比,验证温度-荷载耦合作用下裂纹扩展应变能释放率表达式的正确性.
关键词:
夹层结构
,
双悬臂梁
,
应变能释放率
,
弹性地基梁模型
