金属材料层裂破坏的内聚力模型

本文把内聚力单元嵌入到连续介质有限元单元之间，构建了一个层裂破坏的内聚力模型，以计及层裂破坏过程中能量耗散行为。采用该模型对平板撞击条件下的20号钢层裂实验进行了数值模拟研究，重点讨论了内聚力模型特征参数对计算结果的影响规律。研究结果表明采用指数型损伤演化行为的内聚力模型可以较好地描述弹塑性材料层裂破坏过程中的非线性能量耗散行为。利用一发实测自由面速度波剖面对计算结果进行对比校准，可确定内聚力模型特征参数。该特征参数可同样成功地预示不同撞击速度下的层裂实验，获得的模拟曲线与实验曲线之间符合程度很好，特别是自由面速度“回跳”后波形振荡周期和幅值与实验结果非常接近。这表明了内聚力模型在描述层裂过程中能量耗散行为方面具有较好适用性，并且不难由简单实验标定相关的特征参数。