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案例分享 | Marc 复合材料分层仿真分析

01 背景

通过虚拟裂纹闭合技术(VCCT)的裂纹扩展,以及使用界面元素的内聚区模型的损伤演化,研究了厚复合材料结构中的分层问题。复合材料有四层,在第3层和第4层之间有一个初始缺陷。结构承受压缩载荷,导致零件在初始缺陷处屈曲。

VCCT模型通过“粘接失效”选项定义初始缺陷。缺陷处的节点应定期接触(以避免穿透)。通过将它们识别为“粘接失效”区域的一部分,告诉程序让它们进行常规接触,即使它们是粘合界面的一部分。

VCCT情况下,两个部件刚性连接,直到出现裂纹扩展。通过界面元件,在部件之间存在弹性层。

使用VCCT,零件具有完美的结合,直到出现裂纹扩展。用户输入裂纹扩展阻力(Gc)以指示裂纹何时应扩展,此处(Gc)被视为裂纹性质,粘性区模型在界面中使用弹性层,这也会影响结构在发生任何损坏之前的变形。为内聚材料定律输入的内聚能量(也称为Gc)被视为界面元素的材料性质,在VCCT情况下,这种内聚能与裂纹扩展阻力之间的关系是,两者都与分裂材料所需的能量有关。

02 设置

1显示了识别出不同接触体的模型,顶部具有更精细的网格,以便准确描述缺陷区域并允许裂纹扩展。

1 VCCT计算模型

在图2中,显示了顶部的底面,胶失活区域和裂缝前缘。

2 模型底面

可以在Mentat中找到“粘接失效”设置,如下所示:

3 接触区域属性菜单

裂缝的产生方式如下。在这里,选择要VCCT的应用程序,并在VCCT裂纹扩展属性菜单中填写裂纹扩展的设置(见图4)。我们确保将初始裂纹扩展模式设置为“直接”,将裂纹扩展方法设置为“释放约束”,并输入裂纹扩展阻力(Gc=7×106 N/m),以确定何时应出现裂纹扩展。

4 裂缝属性菜单

5 VCCT裂纹扩展属性菜单

03 结果

6和图7显示了模型的变形形状和胶层的接触状态。钢板向下弯曲,缺陷区域弯曲。当然,这会随VCCT和粘性材料的选定值而变化。

6 VCCT的整体变形形状

7 复合材料接触状态

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【文章来自海克斯康工业软件】


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