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克服复合材料分层中的内聚区限制:采用细长结构单元和高阶自适应积分的建模方法

Overcoming the cohesive zone limit in composites delamination: modeling with slender structural elements and higher‐order adaptive integration

Raffaele Russo, Boyang Chen · Delft University of Technology
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期刊 / 来源International Journal for Numerical Methods in Engineering
卷/期/页121 / 24 / 5511-5545
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关键词:内聚单元复合材料分层细长结构单元高阶自适应积分混合型断裂几何非线性分析有限元方法

摘要整理

内聚单元(CE)是一种成熟的断裂有限元方法,广泛应用于复合材料分层的建模。然而,为了准确描述内聚区,通常需要极细的网格划分,这使得基于CE的分层分析在超出实验室试样尺度的工程应用中计算量过大。本文提出了一种新的基于CE的复合材料分层建模方法,以克服网格密度对内聚区的限制。该方法采用细长结构单元模型铺层,为内聚单元建立相容的高阶自适应积分公式,并采用协旋转公式进行几何非线性分析。通过I型、II型、混合型分层、屈曲诱发分层和双分层等经典基准问题的验证与验证,结果表明该方法可以使用远大于内聚区长度的单元尺寸,同时保持计算精度。该创新方法显著降低了大尺度复合材料结构分层分析的计算成本,为工程应用中的高效数值模拟奠定了基础。

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