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新型内聚断裂模型研究及其在夹层复合结构剥离破坏中的应用

内聚断裂模型,夹层复合结构,剥离

剥离破坏是夹层复合结构的主要失效形式。内聚断裂模型（Cohesive Zone Model）通过唯象的应力-分离量曲线来表征材料的渐进失效行为，已广泛应用于夹层复合结构的剥离破坏分析。然而，当前通用的内聚断裂模型具有两个局限性：（1）要求使用匹配有限元网格，对于有大模量差的夹层复合结构的剥离破坏数值模拟存在效率过低的缺点；（2）通过采用罚函数法来满足剥离发生前的位移连续性要求，引入了人为依从（Artificial Compliance）数值缺陷。针对通用内聚断裂模型的第一个局限性，提出了基于节点和基于面两种内聚断裂模型，通过采用LC-Grid和inside-outside接触搜索算法确定内聚对，使用基于点和基于积分的方式计算内聚力，放宽了既有内聚断裂模型对网格匹配性的严格要求，有效地提高了有大模量差复合结构间剥离失效模拟的计算效率。针对通用内聚断裂模型的第二个局限性，提出了基于节点的拉格朗日/内聚断裂模型，通过发展基于节点的拉格朗日算法来满足剥离发生前的位移连续性要求，有效地解决了传统内聚断裂模型中存在的人为依从固有数值缺陷。通过标准剥离破坏数值算例验证了所提出的新型内聚断裂模型的精确性及高效性。