基于小波内聚力模型的界面裂纹扩展

来源期刊：复合材料学报2016年第8期

论文作者：彭惠芬 夏晔 周立明

文章页码：1830 - 1837

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;

摘    要：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96.60J/m2和101.43J/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。