你在这里
断裂纸#13的讨论-韧性撕裂时的内聚性
在这次对EFM中特别值得阅读的论文的回顾中，我选择了一篇关于大韧性板撕裂的论文，即:
“大型延性板ⅰ型撕裂的内聚区建模与标定”，杨建军，《力学与工程》，2015年第7期。
本文首先对厚度从厚到薄的板的破坏过程进行了很好的回顾，从平面应变断裂，通过增加应变局部化和沿剪切面破坏的数量，到最薄的薄片，通过纯应变局部化失败。
标题中的板有一个共同之处，即它们包含一个钝的缺口，并承受单调增加的载荷。它们太薄而不能完全断裂，太厚而不能通过纯塑性屈服而失效。相反，破坏过程是颈缩，然后沿着颈缩区域的磨损滑动面发生断裂。宏观上是模式I，但在微观上，最终沿滑移面破坏的动力学是混合模式I和III，我猜，也有模式II。
解决断裂过程细节问题的数值解也许是可以想象的，但对于工程目的来说是极不实际的。相反，颈缩区域，包括应变局部化过程和随后的剪切破坏，是一个宏观不稳定材料的区域，由一个粘聚区模拟。剩余的板被建模为基于真实应力和对数应变的幂律硬化连续体。
分析分为两个部分。首先，垂直于黏结区拉伸的截面被视为平面应变截面。这是一个形状的横截面，在这个形状中，脖子的比喻变得很明显。得到了应变局部化和剪切破坏对黏结能的贡献之间的关系。采用Gurson材料模型。其次，结构尺度模型揭示了撕裂能分为黏性能和黏性区外塑性耗散。结合bc . Simonsen, R. Törnqvist, Marine Structures, vol. 17, pp. 1- 27,2004的实验结果，利用黏结区模型计算了位置依赖的黏结撕裂能。
结果表明，在裂纹扩展开始后，校正后的黏结能直接较低，随后具有相当高的稳态值。后者是当裂纹从初始裂纹尖端位置扩展到几个板厚的距离时实现的。计算继续进行，直到裂缝横移到板宽的三分之一左右。
正如调查人员所说的那样，我可以理解最初裂纹扩展期间的情况是复杂的。我想他们也会同意，如果较低的初始内聚能与力学状态的性质相关，而不是与位置相关，那就更好了。在这种情况下，位置依赖似乎是正确的选择，直到弄清楚真正的颈部区域发生了什么
我想知道调查人员是否继续计算内聚能，直到裂缝完全横过板。这将提供一个机会来测试在裂纹扩展开始时和在板完全断裂时的假设。有一些相似但仍然不同的情况将检验任何关于机械状态依赖性的假设的一致性。
我在这里冒昧地提出其他可能随到原始裂纹尖端位置的距离而变化的特征。
与沿粘聚带的应变相比，跨粘聚带的应变应该是大的。这就是对颈缩过程进行平面应变计算的动机。在靠近原始钝裂纹尖端的区域，情况更接近平面应力而不是平面应变，是否会有所不同?当然，问题是，这是否会在初始裂纹位置前几个板厚的距离上影响内聚能。
另一种假设是，随着裂纹扩展，沿裂纹表面产生的残余压应力会影响裂纹尖端之前的力学行为。对于很短的颈缩区，应力甚至可以在沿裂纹表面的薄区域内达到屈服极限。这可能会对颈缩区域的应力和应变产生影响，从而影响失效过程。
我的最后一个假设候选是在裂纹扩展开始之前在裂纹尖端非常大的旋转。在线弹性模型和小应变理论中，在裂纹扩展开始之前，旋转是无界的。Lau、Kinloch、Williams及其同事也报告了类似的现象。观察结果表明，双材料胶粘剂附近材料的剧烈旋转会导致黏结能的错误校准。这是否与较低的内聚能有关?我想这意味着在原始裂纹尖端位置附近的区域分辨率是不够的。
有没有其他的想法，或者，更好的是，有没有人已经知道为什么在裂纹扩展开始后，内聚能非常小?
每斯塔尔
- 应急服务国际公司的博客
- 登录或注册发表评manbetx体育论
- 9063年读
评论
韧性撕裂时的内聚特性
裂纹尖端位置对内聚能的依赖性有许多有趣的方面。在讨论细节之前，重要的是要注意，考虑到钢板的规模，禁止使用精细的尺度分辨率和先进的本构模型进行详细的数值分析，这些模型可以准确地表示断裂过程。通常，大型结构必须使用特征面内长度大于板厚的板壳单元进行分析。标准壳单元不能捕捉颈缩局部化和随后的微力学损伤和断裂的细节。颈缩开始后的复杂行为是通过一个内聚区来解决的，该内聚区必须代表破坏过程的序列，包括r曲线行为。
在本文考虑的板(t=10mm, Al5083-H116)的情况下，在初始缺口尖端的厚度方向上的高水平约束阻止了完整的颈部发展，限制了塑性耗散。由于壳单元处于平面应力状态，因此厚度效应不能由壳单元来解决，而实际上缺口尖端近似处于平面应变状态(对于该板)。初始缺口尖端的厚度效应只能通过减小初始粘聚能来解释。对于考虑的板，校准的最小内聚能接近材料的标称平面应变韧性(33kJ/m2 vs. 2)7 kj / m2)。因此，初始尖端内聚能的降低是由厚度方向约束引起的，而这种约束在大型结构部件的离散化水平上是无法解决的。
从内聚区标定的角度出发，证明了内聚区的存在最小黏合能近似等于材料的名义平面应变韧性提出了一个问题:初始黏结能能否与平面应变韧性相关联(如上所述)每)?初始(最小)内聚能将根据参考塑性区尺寸Rp的尖端几何形状和板厚而有所不同。对于较薄的板，最小内聚能可能高于材料的平面应变韧性。这表明，平面应变韧性不能普遍用作最小内聚能，而不考虑板和缺口的几何形状。然而，平面应变韧性确实提供了初始内聚能的下界。
裂纹扩展的初始阶段是高度三维的，在约束最大的中心，裂纹扩展速度更快。在裂纹通过这个初始阶段后，一个完整的颈部随着剪切局部化而发展，从而产生斜裂纹。这对应于获得稳态韧性，它可以比平面应变韧性大得多(就像考虑的板的情况一样)，因为颈部有很大的塑性耗散。我们的分析是建立在Kim Nielsen和John Hutchinson (K.L.尼尔森，J.W.哈钦森，韧性金属板撕裂的粘聚牵引分离规律;Int。J。冲击工程;48， (2012)， p. 15-23)表明，可以在不考虑裂纹推进初始阶段复杂性的情况下估计稳态韧性。
残余压应力可能影响裂纹尖端之前的材料行为的建议是有趣的。在板响应的大尺度计算中，稳态内聚区参数是根据Kim Nielsen和John Hutchinson(见上文参考文献)进行的细尺度计算进行校准的，没有考虑残余应力。这表明残余应力对稳态韧性的影响不显著。在裂纹发展的初始阶段，即在达到稳态之前，很难完全消除这种影响。然而，我确实认为这种影响是可以忽略不计的，至少在宏观上是这样。
我认为大旋转问题尤其适用于双悬臂梁(DCB) I型复合材料层间韧性测试。通常，DCB臂是相对灵活的，这导致它们在测试过程中的大变形和大旋转在尖端。这在韧性测量中造成了显著的误差。在I型张拉的大板的情况下，如本文所分析的，这种影响不起显著作用。板“臂”非常大，在裂纹发展之前，它们在初始缺口周围的变形相对较小。此外，复合材料中的r曲线行为通常归因于纤维从DCB的一侧桥接到另一侧，穿过推进的裂纹，这是一种非常不同的机制，增加了大型延性板的塑性耗散。
另一方面，我们应该提到，虽然模拟断裂过程的细节不是我们论文的目标，我们表明这些细节对宏观行为无关紧要，但有可能观察甚至模拟这些细节，包括“裂纹翻转”的机制。DTU的Kim Nielsen (sa El-Naaman, K.L. Nielsen，金属薄板I型韧性撕裂的观察;力学学报A/Solids (2013) 54-62;尼尔森和c . Gundlach裂纹尖端在I型撕裂下的翻转:用x射线断层扫描研究(正在审查中)。裂纹翻转现象也得到了数值研究美国海军水面作战中心Carderock分部的Ken Nahshon和Jessica Dibelka说。
亲爱的帕维尔,
亲爱的帕维尔,
谢谢你的评论。非常有益的。有趣的是，在裂纹扩展的最初几厘米内，只需要很少的能量，这是一种很快就会得到解释的现象。当我在80年代中期写我的博士论文时，我在弹性塑性环境中使用了一个内聚区模型来观察过程区如何与周围的连续体相互作用，从而产生稳定的裂纹扩展。当时我设想工艺区的屏蔽仅由塑性工作时的能量耗散引起。显然还有更多的原因。
频繁的裂纹翻转也很有趣。我看到它发生在大约10t之后，这个距离差不多等于稳态前初始阶段的长度。有趣的是，有几个正在进行的项目，甚至一些目前正在审查中。我期待着看到结果。当正确的参考文献出现时，我会更新这个博客。
我也会
“我知道它发生在大约10分钟之后。
我期待着看到结果。
当它们出现时，我会用正确的引用更新这个博客。
＇＇
我也是。
谢谢你们，欧洲人，美国人，非洲人，全世界!
——特
(E&OE)