2017-11-01
721
Моделирование роста трещин полагается квазистатическим. Основные этапы выполнения анализа:
Создание конечно-элементной модели с траекторией роста трещины;
Вычисление параметра Energy-Release Rate;
Выполнение анализа роста трещин (Crack Growth Calculation);
Моделирование роста трещин является нелинейной прочностной задачей (Crack growth simulation).
Создание конечно-элементной модели с траекторией роста трещины
Выполнение стандартной процедуры создания нелинейного решения и генерация конечно-элементной модели, задание настроек решателя - нагрузок и граничных условий. Траектория роста трещины (predefined crack path) – это дискретизация пути роста трещины интерфейсными элементами и создание соответствующих компонентов как показано на рис.10.
Рисунок 10. Траектория роста трещины при моделировании на основе интерфейсных элементов
Интерфейсные элементы создаются командой CZMESH или в специализированных сеточных генераторах. Опция (KEYOPT(2)=1) элемента МРС сцепляет потенциальные поверхности трещинообразования вместе перед началом процесса роста трещины. Уравнения МРС впоследствии удаляются при выполнении критерия разрушения, затем происходит дальнейший рост трещины.
|
|
|
В 2D задачах, при выполнении критерия разрушения, происходит раскрытие трещины на одном интерфейсном элементе, что достаточно для дальнейшего роста трещины на данном подшаге. В 3D задачах, все интерфейсные элементы по фронту трещины могут изменить свой статус, если встретится критерий разрушения.
Различия в размерах конечных элементов впереди и позади вершины трещины влияет на точность вычисления скорости высвобождения энергии при разрушении. Программа использует алгоритм коррекции, что уже предполагает получение некорректных результатов. Лучше использовать равные по размеру элементы в сетке вдоль траектории роста трещины.
Заключение
В первом разделе работы рассмотрены аналитические теории оценки трещиностойкости слоистых ПКМ, а именно модель Ирвина-Орована, модель Дагдейла, и модель Баренблатта. Ирвин и Орован первые кто применили микромеханический подход к анализу поведения кончика трещины в упруго-пластичных, т.е. линейно-упругих до предела текучести материалах с мгновенным развитием больших необратимых деформаций при достижении предела текучести. В модели Дагдейла, также как и в модели Ирвина-Орована описывается поведение кончика трещины в материале, способном к мгновенным упруго-пластическим деформациям с пределом текучести σу. Модель Баренблатта, развитая раньше модели Дагдейла и достаточно близкая к ней, позволяет математически в самом общем виде описать равновесное состояние трещин в упругом, идеально хрупком теле, сохраняющем свойство линейной упругости вплоть до разрушения, с учетом действия у краев трещин (когезионной зоне) атомно-молекулярных связей (когезионных сил), сильно притягивающих противоположные стороны (берега) трещин друг к другу.
|
|
|
Во втором разделе рассмотрена имплантация подходов механики трещин в метод конечных элементов, модели виртуального закрытия трещины и когезионных зон. Методика виртуального закрытия трещины (Virtual Crack Closure Technique (VCCT) изначально была создана для оценки скорости энерговыделения при развитии трещины в образце. С тех пор, данная методика широко используется при моделировании роста трещин слоистых композитов, принимая во внимание, что рост трещины всегда происходит вдоль заданной траектории, например, по интерфейсным элементам.
Список литературы
1. Фудзи Т., Дзако М. Механика разрушения композиционных материалов / Пер. с яп. яз. С.А. Маслиникова / Под ред. В.И. Бурлаева – М.: Мир, 1982. – 232 с.
2. Баренблатт Г. И. Математическая теория равновесных трещин, образующихся при хрупком разрушении//Изв. АН СССР. ПМТФ. 1961. №4. С. 3—56
3. Л.Нильсен. Механические свойства полимерво и полимерных композиций,/ перевод с англ. П.Г.Бабаевского, Химия, 1978, 310 с.
