×

纤维增强复合材料三维断裂的广义有限元方法。 (英语) Zbl 1520.74078号

摘要:本文提出了一种分析纤维增强材料三维静态断裂的方法。采用改进的带粘结滑移的嵌入式加固方法(mERS)对纤维进行离散建模,该方法允许将其与三维断裂的通用有限元方法(GFEM)相结合。由于GFEM网格不需要适合断裂表面或纤维,因此GFEM-mERS可以处理以任意角度跨越裂纹面的纤维桥接。通过对裂纹表面和纤维边界进行保角离散,对三维有限元解进行了验证。文中还介绍了该方法与实验数据的比较以及该方法的(h)和(p)版本的收敛性研究。

MSC公司:

74S05号 有限元方法在固体力学问题中的应用
74卢比99 断裂和损坏
74E30型 复合材料和混合物特性

软件:

ABAQUS公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 链接

参考文献:

[1] Abaqus(2014)6.14版文件。达索系统模拟公司,罗得岛州普罗维登斯
[2] 阿拉贡。;Simone,A.,《非连续强化有限元法》,《国际数值方法工程杂志》,第112、11、1589-1613页(2017年)·Zbl 07867156号 ·doi:10.1002/nme.5570
[3] 巴布什卡,I。;Melenk,J.,单位分割法,《国际数值方法工程杂志》,40727-758(1997)·Zbl 0949.65117号 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0207(19970228)40:4<727::AID-NME86>3.0.CO;2个N
[4] Balakrishnan S,Murray DW(1986)钢筋混凝土性能的有限元预测。技术报告结构工程报告第138号,阿尔伯塔大学土木工程系
[5] Belytschko,T。;卢,Y。;Gu,L.,无元素Galerkin方法,国际数值方法工程杂志,37,229-256(1994)·Zbl 0796.73077号 ·doi:10.1002/nme.1620370205
[6] Bolander,JE;Saito,S.,水泥基复合材料中短纤维增强的离散建模,Adv水泥基材料,6,3,76-86(1997)·doi:10.1016/S1065-7355(97)90014-6
[7] Bolander,JE;Choi,S。;Duddukuri,SR,《纤维增强水泥复合材料的断裂:纤维分散的影响》,《国际分形杂志》,154,1-2,73-86(2008)·Zbl 1210.74159号 ·doi:10.1007/s10704-008-9269-4
[8] 布哈拉,L。;Makradi,A。;贝鲁埃塔,S。;基弗·卡马尔,H。;Fréres,P.,用X-FEM和粘结区模型模拟长纤维增强复合材料的破坏,复合材料B,55,352-361(2013)·doi:10.1016/j.composites.2012.12.013
[9] 坎纳,FC;Baíant,ZP;Wendner,R.,纤维增强混凝土的微平面模型M7f,《工程断裂力学》,105,41-57(2013)·doi:10.1016/j.engfracmech.2013.03.029
[10] 卡瓦略,M。;巴罗斯,J。;Zhang,Y。;Dias da Costa,D.,具有明确纤维和裂纹的钢纤维混凝土模拟计算模型,Comput Methods Appl Mech Eng,363112879(2020)·Zbl 1436.74003号 ·doi:10.1016/j.cma.2020.112879
[11] 库萨提斯,G。;佩莱松,D。;Mencarelli,A.,混凝土破坏行为的格子离散粒子模型(LDPM)。I: 理论,水泥混凝土成分,33,9881-890(2011)·doi:10.1016/j.cemconcomp.2011.02.011
[12] Dias-da-Costa,D。;Alfaiate,J。;Sluys,L。;阿雷亚斯,P。;Jülio,E.,《采用一致有限元捕捉强不连续性的嵌入公式》,《国际数值方法工程杂志》,93,2,224-244(2013)·Zbl 1352.74343号 ·doi:10.1002/nme.4393
[13] 杜阿尔特,C。;巴布什卡,I。;Oden,J.,三维结构力学问题的广义有限元方法,计算结构,77,215-232(2000)·doi:10.1016/S0045-7949(99)00211-4
[14] 埃尔维,AE;Hrudey,TM,弯曲预埋钢筋的有限元模型,J Eng Mech,115,4,740-754(1989)·doi:10.1061/(ASCE)0733-9399(1989)115:4(740)
[15] Farahani BV、Tavares PJ、Belinha J、Moreira PMGP(2017)紧凑拉伸试样的断裂力学研究:数字图像关联、有限元和无网格方法。In:第二届结构完整性国际会议,2017年国际标准学会,第5卷,第920-927页
[16] Garzon,J。;奥哈拉,P。;杜阿尔特,C。;Buttlar,W.,应用于三维裂纹会聚的广义有限元法中显式裂纹表面表示和更新的改进,国际J数值方法工程,97,4,231-273(2014)·Zbl 1352.74354号 ·数字对象标识代码:10.1002/nme.4573
[17] 吉咪,Guedes;Kikuchi,N.,基于自适应有限元均匀化方法的材料预处理和后处理,计算方法应用机械工程,83,2,143-198(1990)·Zbl 0737.73008号 ·doi:10.1016/0045-7825(90)90148-F
[18] 古普塔,P。;杜阿尔特,C。;Dhankhar,A.,广义/扩展有限元法应力强度因子提取方法的准确性和稳健性,工程分形力学,179120-153(2017)·doi:10.1016/j.engfracmech.2017.03.035
[19] Hartl H(2002)基于连续力学的工具的开发,用于钢筋混凝土结构的三维有限元分析,并应用于土-结构相互作用问题。格拉茨理工大学博士论文
[20] Heath M(1997)《科学计算:导论》。麦格劳-希尔计算机科学系列。波士顿McGraw-Hill。国际标准图书编号9780070276840
[21] Jones A(2015)纤维增强复合材料的基于溶剂的自愈合方法。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校博士论文
[22] Kang,J。;Kim,K。;Lim,Y。;Bolander,J.,《纤维增强水泥复合材料的建模:纤维拔出的离散表示》,《国际固体结构杂志》,511970-1979(2014)·doi:10.1016/j.ijsolstr.2014.02.006
[23] 卡里米,M。;Bayesteh,H。;Mohammadi,S.,《SMA纤维增强复合材料裂纹密封分析的自适应内聚方法》,计算方法应用机械工程,349,550-575(2019)·Zbl 1441.74251号 ·doi:10.1016/j.cma.2019.02.019
[24] Kozicki,J。;Tejchman,J.,《使用晶格模型进行2D和3D模拟时钢纤维对混凝土行为的影响》,Arch Mech,62,1-28(2010)·Zbl 1269.74051号
[25] Kruzic,JJ,《预测疲劳失效》,《科学》,325156-158(2009)·doi:10.1126/science.1173432
[26] Kruzic,JJ;坎贝尔,JP;Ritchie,RO,《关于g基钛铝化合物的疲劳行为:小裂纹的作用》,《材料学报》,47,801-816(1999)·doi:10.1016/S1359-6454(98)00409-1
[27] Kunieda,M。;Ogura,H。;Ueda,N。;Nakamura,H.,应变硬化水泥基复合材料的拉伸断裂过程(通过三维细观分析),《水泥混凝土复合材料》,33956-965(2011)·doi:10.1016/j.cemconcomp.2011.05.010
[28] 李,SC;赵,JY;Vecchio,FJ,《受拉钢纤维混凝土的多样嵌入模型:模型验证》,ACI Mater J,108,526-535(2011)
[29] 李,SC;赵,JY;Vecchio,FJ,受拉钢纤维混凝土构件的简化多样嵌入模型,ACI Mater J,110,403-412(2013)
[30] Lei,Y.,紧凑拉伸试样的有限元裂纹闭合分析,国际J疲劳,30,21-31(2008)·doi:10.1016/j.ijfatigue.2007.02.012
[31] 刘,W。;S·6月。;Zhang,Y.,再现核粒子方法,Int J Numer methods Fluids,2108-1106(1995)·Zbl 0881.76072号 ·doi:10.1002/fld.165020824
[32] Lusti,H。;Gusev,A.,《纳米管增强聚合物热弹性性能的有限元预测》,《模拟材料科学工程模型》,第12期,第107-119页(2004年)·doi:10.1088/0965-0393/12/3/S05
[33] 梅伦克,J。;Babuška,I.,单位划分有限元法:基本理论和应用,计算方法应用机械工程,139,289-314(1996)·Zbl 0881.65099号 ·doi:10.1016/S0045-7825(96)01087-0
[34] Miller-Stephenson(2018)《人工地产EPON》。https://miller-stephenson.com。2018年3月访问
[35] 莫尔斯,N。;Dolbow,J。;Belytschko,T.,《无网格裂纹扩展的有限元方法》,《国际数值方法工程杂志》,46,131-150(1999)·Zbl 0955.74066号 ·doi:10.1002/(SICI)1097-0207(19990910)46:1<131::AID-NME726>3.0.CO;2-J型
[36] 莫塔扎维,B。;巴尼亚萨迪,M。;巴登,J。;Ahzi,S.,《两相随机复合材料的有限元建模》,《复合B部分工程》,45,1117-1125(2013)·doi:10.1016/j.composites.2012.05.015
[37] 奥克塔维奥,C。;Dias-da-Costa,D。;Alfaiate,J。;Jülio,E.,使用离散强不连续性方法模拟钢纤维混凝土的行为,《工程断裂力学》,154,12-23(2016)·doi:10.1016/j.engfracmech.2016.01.006
[38] Oden J,Duarte C(1997)第章:云、裂缝和FEM。在Reddy B(ed)中,计算力学和应用力学的最新发展。巴塞罗那CIMNE国际工程数值方法中心,第302-321页。http://gfem.cee.illinois.edu/papers/jMartin_color.pdf。2020年7月访问·Zbl 0976.74071号
[39] 奥登,J。;杜阿尔特,C。;Zienkiewicz,O.,一种新的基于云的hp有限元方法,计算方法应用机械工程,153117-126(1998)·Zbl 0956.74062号 ·doi:10.1016/S0045-7825(97)00039-X
[40] Owenscribing(2018)《手动性能玻璃纤维158B-AA-675》。https://www.owenscorning.com/。2018年3月访问
[41] 帕克,K。;Paulino,G。;Roesler,J.,功能梯度纤维混凝土的内聚断裂模型,水泥混凝土研究,40,6956-965(2010)·doi:10.1016/j.cemconres.2010.02.004
[42] 公园,上海;DJ Kim;Ryu,GS;Koh,KT,超高性能混杂纤维钢筋混凝土的拉伸性能,水泥混凝土成分,34,172-184(2012)·doi:10.1016/j.emconcomp.2011.09.009
[43] 佩雷拉,J。;杜阿尔特,C。;Guoy,D。;Jiao,X.,Hp-非平面三维裂纹的广义有限元和裂纹表面表示,国际数值方法工程杂志,77,5,601-633(2009)·Zbl 1156.74383号 ·doi:10.1002/nme.2419
[44] 派克,MG;Oskay,C.,《使用扩展有限元法对随机短纳米纤维和微纤维增强复合材料建模》,《纳米机械与微机械杂志》,5,1,A4014005(2015)·doi:10.1061/(ASCE)NM.2153-5477.00092
[45] 派克,MG;Oskay,C.,具有粘性界面的短超细纤维增强复合材料的XFEM建模,有限元分析,106,16-31(2015)·doi:10.1016/j.finel.2015.07.007
[46] 派克,MG;Oskay,C.,用扩展有限元法对短纤维增强复合材料进行三维建模,J Eng Mech,142,11-16(2016)·doi:10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001149
[47] Radtke,F。;西蒙,A。;Sluys,L.,《获得嵌入薄纤维连续统弹性特性的单位分割有限元法》,《国际数值方法工程杂志》,84,6,708-732(2010)·Zbl 1202.74184号 ·doi:10.1002/nme.2916
[48] 雷迪,J。;Robbins,D.Jr,复合材料层压板的理论和计算模型,《应用力学评论》,47,6,147-169(1994)·数字对象标识代码:10.1115/1.3111076
[49] Ruiz,G.,穿过加固层的内聚裂纹的扩展,国际J断裂,111,265-282(2001)·doi:10.1023/A:1012260410704
[50] Sanchez-Rivadeneira,A。;肖尔,N。;马祖鲁夫斯基,B。;Duarte,C.,三维线弹性断裂力学的稳定广义/扩展p-层次有限元法,计算方法应用机械工程,364112970(2020)·Zbl 1442.74237号 ·doi:10.1016/j.cma.2020.112970
[51] Schauffert,EA公司;Cusatis,G.,《纤维增强混凝土的晶格离散颗粒模型》。二: 拉伸断裂和多轴加载行为,《工程力学杂志》,138,7,834-841(2012)·doi:10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0000392
[52] Schweitzer,M.,《有限元法的推广》,《中欧数学杂志》,10,3-24(2012)·Zbl 1245.65159号 ·doi:10.2478/s11533-011-0112-1
[53] 沈,B。;Paulino,GH,使用数字图像相关和混合反演技术识别纤维增强水泥基复合材料的粘结区模型和弹性参数,水泥混凝土复合材料,33,572-585(2011)·doi:10.1016/j.cemconcomp.2011.01.005
[54] 弹簧,D。;Paulino,G.,《颗粒增强复合材料脱粘的计算均匀化:界面中界面的作用》,《计算材料科学》,109,209-224(2015)·doi:10.1016/j.commatsci.2015.07.012
[55] 斯特鲁布利斯,T。;科普斯,K。;Babuška,I.,广义有限元法,计算方法应用机械工程,190,4081-4193(2001)·Zbl 0997.74069号 ·doi:10.1016/S0045-7825(01)00188-8
[56] 田伟。;齐,L。;苏,C。;周,J。;Jing,Z.,短纤维增强金属基复合材料弹性性能的数值模拟:纤维取向的影响,Compos Struct,152408-417(2016)·doi:10.1016/j.compstruct.2016.05.046
[57] Visalvanich,K。;Naaman,AE,纤维增强混凝土断裂模型,美国混凝土学会,80,128-138(1983)
[58] 张杰。;邓,S。;Wang,Y。;Ye,L。;周,L。;Zhang,Z.,纳米颗粒对碳纤维环氧复合材料界面性能的影响,组成部分A应用科学制造,55,35-44(2013)·doi:10.1016/j.compositesa.2013.08.005
[59] 赵,D。;Botsis,J.,模型复合材料的实验和数值研究第一部分:实验结果,《国际J断裂》,82,153-174(1989)·doi:10.1007/BF00034661
[60] 赵,L。;Zhi,J。;张杰。;刘,Z。;Hu,N.,复合材料层压板分层的XFEM模拟,复合材料A,80,61-71(2016)·doi:10.1016/j.composites2015.10.007
[61] 齐恩基维茨,O。;D.欧文。;菲利普斯,D。;Nayak,G.,反应堆容器分析中的有限元方法,核工程设计,20,2,507-541(1972)·doi:10.1016/0029-5493(72)90125-2
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。