【理论知识】内聚区建模的理论和计算（1）CZM是什么？

参考文献：

Theoretical andComputational Aspects of Cohesive Zone Modeling

NAMASCHANDRA，Departmentof Mechanical Engineering，FAMU-FSUCollege of Engineering，FloridaState University

01 什么是CZM，为何如此重要

在固体和纳米/微米/宏观结构的设计研究中，力学行为通过本构方程建模。通常来说，本构方程是应力、应变和应变率及其历史的函数。

设计受到局部点给定参数（应力）的最大值限制。超出了最大应力条件发生的就是“断裂”，“损坏”和“失效”机制的领域。

也就是说，CZM（Cohesive Zone Modeling）提供了另一种查看和查看材料失效的方法。

应力不连续，材料就失效。

CZM是一种新视角。

02 与断裂力学相比又怎样呢？

在断裂力学中，线性解常常导致奇异场，也就是应力难以求值。常用的断裂标准基于K_IC、G_IC、J_IC、CTOD等等。在非线性域下，解往往还不是唯一的。

因此，裂纹的萌生和扩展或许还需要其他标准。

Gap1：新断裂标准

03 与损伤力学相比又怎样呢？

    损伤力学可以有效地平均推导材料的强度和刚度，但不能创建新的表面。

Gap2：新表面

04 CZM是模拟分层的替代方法

CZM可以创建新曲面。尽管存在物理分离，但仍在数学上保持连续性条件。CZM代表原子尺度上断裂过程的物理学。

物理上→分离  数学上→连续   尺度：原子

在中尺度，也可以将其视为能量耗散机制的影响，能量在裂纹尖端的前向和尾流区域均被耗散。使用断裂能（从断裂测试中获得）作为参数，并且没有针对裂缝萌生和扩展的任何临时标准。消除应力的奇异性并将其限制为材料的内聚强度（the cohesive strength）。

总而言之：CZM是以集成方式对强度，刚度和破坏进行建模的理想框架。

并且应用范围很广泛：土工材料，生物材料，混凝土，金属，复合材料……