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材料断裂内聚力区牵引-分离曲线的测量方法研究
Study on Measurement Methods of Traction-Separation Curve of Cohesive Zone Model for Material Fracture
投稿时间: 2017-02-08  最后修改时间: 2017-04-20
DOI:
中文关键词:  内聚力模型  交互J积分  交互M积分  紧凑拉伸断裂实验  直接测量法  数字图像相关  随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料
英文关键词:Cohesive Zone Model  interactive J-integrals  interactive M-integrals  compact tensile fracture experiment  direct method  digital image correlation method  spruce short fiber reinforced polypropylene composite
基金项目:国家自然科学基金项目(面上项目)
作者单位E-mail
沈珉 天津大学 机械工程学院 力学系 minshen@tju.edu.cn 
刘赫 天津大学 机械工程学院 力学系 591223906@qq.com 
于济菘 天津大学 机械工程学院 力学系 540883807@qq.com 
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中文摘要:
      内聚力模型是模拟复合材料界面分层、脱粘等力学行为的有效工具。本文分别提出了改进的直接测量法和交互M积分反解法来测量材料的内聚力区牵引-分离关系曲线。在紧凑拉伸断裂力学实验的有限元数值模型中分别应用两种方法测取了内聚力模型的牵引-分离曲线,通过与有限元数值解和交互J积分反解法的比较,验证了方法的准确性。本文对20%和49%纤维体积含量的随机云杉短纤维增强聚丙烯复合材料(云杉/PP)进行了紧凑拉伸断裂力学实验,应用改进的直接测量法、交互M积分反解法和交互J积分反解法测取了该材料内聚力区的牵引-分离曲线。三种方法结果的对比验证表明:三种方法测取的牵引-分离曲线变化趋势一致,曲线所反映的材料内聚力区强度、初始损伤和完全破坏分离量大小以及断裂的能量释放率等主要内聚力参数能够吻合,它们的测取结果都能够完整地描述内聚力区材料的力学行为。
英文摘要:
      The Cohesive Zone Model (CZM) becomes an effective tool of simulating the delamination and debonding mechanical behaviors in the composite material. In this paper, an improved direct method, and an interaction M integral inverse method for measuring the traction-separation relationship of CZM in material are proposed. In the finite element numerical model of the compact tensile fracture experiment,two methods are applied to measure the traction-separation curves of CZM. Comparing with interactive J integral method and numerical solution, veracity of these method are validated. Improved direct method, interactive J integral inverse method and interactive M integral inverse method were used to extract the traction-separation curves of CZMs of the spruce/PP composites with 20% and 49% fiber volume content via compact tensile fracture experiment. The result shows good agreement in variation trend and main CZM parameters, including cohesive strength, initial separation, debonding separation and energy release rate. The curves obtained by these methods can make complete description of the mechanical behavior in cohesive zone material.
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