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KIC、GIC、JIC、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……
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