基于内聚力模型的胶水粘接强度仿真建模经验总结
基于粘聚区模型的推进剂开裂数值仿真
基于粘聚区模型的推进剂开裂数值仿真韩波;鞠玉涛;许进升;周长省【摘要】To investigate the crack propagation in Composite Solid Propellant（CSP）,the cohesive zone model was used to establish physical and mathematical model for the fracture process of CSP,and the cohesive element formulation was derived.Numerical simulation of crack propagation was carried out by using ABAQUS second development technology.The crack path and stress changes of crack tip in HTPB propellant containing Ⅰ-Ⅱ mixed mode crack were obtained.The influence of cohesive zone constitutive parameter on simulation results was analyzed to determine its scope.The numerical simulation result was compared with experimental result.The results show that by the developed numerical simulation method,the damage stress field of crack tip of CSP can be accuratelly simulated and the crack propagation can be predicted.The cohesive zone model offers analysis method for analyzing the integrality and safety of propellant grain.%为了研究复合固体推进剂裂纹开裂过程,利用粘聚区模型理论构建了复合固体推进剂断裂过程的物理和数学模型;推导了粘聚区单元的有限元离散格式;结合ABAQUS二次开发技术对裂纹扩展过程进行了数值仿真,获得了HTPB推进剂Ⅰ-Ⅱ型裂纹扩展过程中的裂纹扩展路径和裂尖应力变化情况.分析了粘聚区本构参数对仿真结果的影响,确定了其取值范围.将仿真和实验对比,结果表明所建立的数值仿真方法可以较为准确地模拟复合固体推进剂裂尖的损伤应力场,以及预测裂纹扩展路径;粘聚区模型可以为固体推进剂装药完整性和安全性分析提供可靠的分析计算方法.【期刊名称】《弹道学报》【年(卷),期】2012(024)001【总页数】6页(P63-68)【关键词】固体推进剂;有限元法;裂纹扩展;粘聚区【作者】韩波;鞠玉涛;许进升;周长省【作者单位】南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094;南京理工大学机械工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】V435固体火箭发动机装药在生产、运输和使用过程中会承受到各种复杂载荷的作用，在这些载荷作用下装药表面可能会产生微裂纹，裂纹的萌生和发展会影响发动机内弹道性能和发动机的使用安全性，因此建立推进剂裂纹扩展过程的数值仿真方法十分重要.目前国内针对推进剂断裂过程的数值仿真尚不能准确模拟裂纹扩展过程中的应力分布、裂纹走向和裂纹终止问题.目前模拟材料裂纹扩展过程有虚拟裂纹闭合技术（VCCT）、扩展有限元法（XFEM）和粘聚区模型（CZM）等多种方法.VCCT需要事先设定材料的裂纹扩展路径，后两者可以模拟裂纹走向未知情况下的裂纹扩展问题.CZM是一种基于能量平衡和材料损伤的裂纹扩展模型，裂纹在扩展过程中裂尖材料产生损伤，其力学性能下降，当裂纹消耗能量等于裂纹扩展能时，裂尖材料失效扩展.裂尖材料的损伤避免了裂尖应力的奇异性.国外自20世纪90年代开始在粘聚区模型方面开展了大量的研究工作，国内相关学者近几年也开始展开相应的研究工作[1，2].本文使用粘聚区模型建立复合固体推进剂裂纹开裂过程的物理和数学模型，并结合ABAQUS用户自定义单元开发技术实现对复合固体推进剂裂纹扩展过程的数值仿真，以期为推进剂装药结构完整性及安全性分析提供理论支持.1 物理数学模型1.1 粘聚区本构模型粘聚区模型的提出起源于DUGDALE的条状屈服区模型和BARENBLAT提出的内聚力模型.随着粘聚区理论的发展，之后又提出了各种形式的裂尖粘聚区应力分布模型，并且在沥青、金属等材料上取得了成功应用.粘聚区模型（图1所示）中材料的实际裂尖位于裂尖损伤位移δc处，假设的损伤裂尖位于损伤应力最大处.为了准确描述裂尖的损伤应力变化情况，需要建立裂尖损伤应力和损伤位移之间的对应关系——粘聚区模型本构.图1 粘聚区模型示意图国外有许多学者提出了不同的粘聚区本构形式，主要有指数势函数形式、多项式形式、线性形式.其中线性粘聚区本构通过合理调整本构参数可以有效避免人工柔量问题，并且在粘弹性沥青材料上获得了成功应用[3，4].图2为线性粘聚区模型示意图.在二维情况下，材料裂尖非线性区的裂纹张开有效位移和有效应力定义为式中，δt和δn为裂尖的切向和法向位移，σt和σn为裂尖的切向和法向应力.线性粘聚区模型中假设有效位移和有效应力关系呈现为2个线性阶段，如图2所示，其中σmax为材料的应力损伤初始值；δcc为材料的损伤初始位移；δc为材料开裂的最终扩展位移；Gc为材料的断裂能，即图2中三角形面积.当裂尖材料的有效应力σe达到损伤应力σmax后，材料承载能力下降，当裂尖材料总扩展位移达到δc时，其消耗的能量等于材料的断裂能Gc，之后材料发生完全断裂.图2 线性粘聚区本构示意图线性粘聚区本构的具体表达形式为粘聚区模型的引入使有限元模型中增加了人工柔量项，造成了整体结构刚度下降.为了便于讨论，以图3所示的结构为例，上下为2个正常的实体单元，中间加入粘结单元.实体单元初始长度为d，粘结单元初始厚度为0.在载荷F作用下单元沿上下方向伸长，实体单元伸长Δ，粘结单元伸长Δc.设实体单元和粘结单元刚度分别为Ks和Kc，Es为实体单元的模量.图3 粘结单元柔量分析示意图在粘结单元未损伤前，由力平衡方程可得：式中，λ＝δcc/δc，该结构的整体刚度为不加粘结单元的理论刚度为 Ki＝Ks/2，由式（3）、式（4）得：从式（5）可以发现，整体刚度与基体材料的模量Es、网格大小d、粘聚区本构参数δc、σmax和λ相关，其中Es，δc和σmax为材料的固有属性，不可改变.增大网格可以增大系统的刚度，但是会造成计算精度的下降.λ表征了粘聚区本构中初始上升段的斜率，通过减小λ可以提高粘结单元的初始刚度，从而有效避免过大的人工柔量带来的问题.λ的选择可以通过加入粘结单元和未加入粘结单元情况下的仿真结果对比确定，λ的取值应保证粘结单元的加入不会对材料未产生损伤前的系统刚度产生较大影响，从而保证计算模型具有合理的精度.1.2 推进剂本构模型HTPB推进剂是一种典型的粘弹性材料，在推进剂装药结构完整性分析中广泛采用线性粘弹性本构模型，该模型可以较好地反映推进剂的力学特性，因此本文在计算中使用线粘弹性本构模型.线粘弹性材料的本构方程可以写成：式中，G（t）和K（t）为剪切模量和体积模量，可表示为式中，E（t）为杨氏松弛模量，ν为泊松比.E（t）可以写成Prony级数的形式：式中，τi为Prony级数中的松弛时间.2 有限元离散及仿真方法研究ABAQUS提供了丰富的材料和单元库，但是ABAQUS材料和单元库中并不包含特定粘聚区模型和本构关系，需要用户进行开发.ABAQUS提供了用户自定义单元的接口程序UEL，用户可以根据需要自定义各种新单元.下面以二维粘聚区模型为例，给出ABAQUS二次开发所需增量形式的粘聚区单元建立过程.由有限元理论可知，利用Newton－Raphson法求解非线性有限元问题时需要给定单元的切线刚度矩阵KT和节点平衡矢量列阵R.Newton法的迭代公式为式中，式中，ce为单元选择矩阵，a为单元位移向量，V 为被积单元体积，σ为单元应力. 材料的Jacobian矩阵定义为图4为2个平面三角形单元和一个粘结单元变形示意图.单元节点1、4和2、3之间的相对位移为单元的积分点法向和切向位移表示为式中，a为图3中节点在系统坐标下的坐标值，R为坐标转换矩阵，N为插值形函数.图4 粘结单元式中，ξ为变换后的坐标.本文根据上述数学模型编制了ABAQUS用户自定义单元开发程序UEL，建立了复合推进剂裂纹扩展数值仿真方法.3 仿真与分析3.1 仿真模型为了验证本文所建立的仿真计算方法的可行性，利用文献[6]中的模型，对 HTPB推进剂Ⅰ－Ⅱ型裂纹进行了数值仿真计算，图5为仿真模型示意图.模型宽度W＝50 mm，长度H＝100 mm，中心裂纹长度l＝20mm.药柱下表面固定，上表面施加60mm/min等速拉伸载荷.HTPB推进剂松弛模量通过松弛实验获取，Prony 级数参数见表1，初始模量E0＝15 MPa，泊松比取0.499.粘聚区本构使用式（3）所示的形式，本文主要研究 HTPB复合推进剂的裂纹扩展有限元计算方法，粘聚区本构参数的具体实验获取不在本文研究范围之内.根据单轴拉伸实验，裂尖损伤应力σmax大致取0.5 MPa，推进剂断裂能Gc根据文献[5]大致取500J/m2.图5 仿真模型示意图表1 松弛模量数据i1 2 3 4 5 Ei/MPa 8.37 1.80 1.56 0.734 0.431 τi/s 0.5921.148 12.081 55.579 217.588使用粘聚区模型模拟裂纹扩展方向未知情况下的材料开裂过程需要在正常实体单元之间加入粘结单元，通过ABAQUS CAE无法实现.本文采用MATLAB编程语言生成包含粘结单元和二维实体单元的有限元网格.如图6所示，生成的网格中包含10 475个粘结单元和7 052个三角形实体单元.为了准确模拟裂纹扩展过程中的应力、应变变化情况，在预测的裂纹扩展路径四周进行了网格细化.图6 有限元网格3.2 仿真结果分析为了确定合理的λ以避免人工柔量的影响，本文对比了无粘结单元情况下和加入了粘结单元情况下的仿真计算结果，如图7所示，图中，Fs为图6中有限元模型计算的上下表面拉力.图7 不同λ下的载荷－时间曲线从图7可以发现λ的值明显影响了计算所得的载荷－时间曲线.当不插入粘结单元时，载荷随时间持续上升，推进剂不会产生断裂.粘结单元的引入可以计算出推进剂从裂尖产生局部损伤直至断裂的整个过程.当λ＝0.01时，从图上可以看出粘聚区模型计算结果和无粘聚区模型下的计算结果相差很大，其裂纹未扩展前的曲线斜率明显低于后者，这是由于过大的人工柔量导致了系统刚度的下降.当λ＝0.001时，在3s之前粘聚区模型的使用与否对计算结果影响不大，说明该值可以较好地反映粘聚区本构模型和裂纹扩展的基本规律.在3s之后由于推进剂裂尖损伤的产生，材料承载能力开始下降，此时常规有限元方法已经不能反映出裂纹的扩展过程.在4.56s时载荷达到最大值，之后推进剂失稳快速开裂.图8和图9为在λ＝0.001情况下，3.07s和4.56s时的有限元网格变形情况.在3.07s时推进剂裂尖开始产生了应力损伤情况，此时裂纹将要产生扩展，损伤裂尖位于裂尖的初始位置.从图7上可以看出4.56s时仿真模型所受到的载荷达到最大值.对比图9，发现推进剂产生了明显的扩展裂纹，损伤裂尖位置基本上达到了推进剂的边缘，此时推进剂的真实裂尖并不位于损伤裂尖，推进剂仍能承受外载荷的作用，但是与未受损伤前相比其承载能力已经明显下降.图8 3.07s有限元网格图9 4.56s有限元网格图10为仿真和文献[6]中实验获得的拉伸破坏后的HTPB推进剂裂纹扩展路径.通过实验获得的初始裂纹起裂角平均值为51.9°，之后裂纹扩展方向转变为平直裂纹，而仿真所获得的初始裂纹起裂角约为62°，之后裂纹转变为平直裂纹.由于粘聚区有限元仿真中裂纹沿单元界面开裂，裂尖的网格细密程度决定了仿真获得的初始裂纹扩展角精度.本文仿真所获得的初始裂纹扩展角与实验结果的差距部分主要是由裂尖网格划分精度导致.图10 仿真和实验开裂路径文献[6]中观察到“裂纹初始扩展后都有向横向裂纹的转变趋势”，仿真结果也出现裂纹初始扩展之后转变为横向裂纹的现象.图10中的裂纹扩展路径基本重合，表明粘聚区模型可以较好地预测HTPB复合裂纹的裂纹扩展路径.图11为裂纹扩展路径上距离初始裂尖不同位置处的Von Mises应力－时间曲线，所示的几条曲线均呈现出先增大后减小的形状，曲线的峰值对应损伤裂尖到达该点的时间.从图上可以看出裂尖位置随时间的变化情况，图中4个位置达到应力最大值的时间间隔呈现出逐渐缩小的趋势，这说明裂纹呈现出加速扩展的趋势.本文建立了一种复合固体推进剂开裂过程数值仿真方法，为了能更加准确地描述出复合推进剂的裂纹扩展过程，需要通过大量的实验建立起准确的推进剂粘聚区模型，这也是笔者下一阶段的工作目标.图11 裂尖扩展路径上不同位置的应力－时间曲线4 结论本文采用粘聚区模型理论针对复合固体推进剂裂纹扩展过程进行了研究，建立了针对推进剂断裂过程的物理和数学模型，并编制了ABAQUS二次开发程序，实现了对固体推进剂Ⅰ－Ⅱ型复合裂纹扩展过程的数值仿真计算，得到了如下结论：①使用粘聚区模型可以很好地模拟出复合固体推进剂裂尖的损伤应力场、裂纹扩展路径和裂纹体开裂过程.②粘聚区模型可以为固体推进剂装药完整性和安全性分析提供一种可靠的分析计算方法.参考文献【相关文献】[1]刘陆广，欧卓成，段卓平，等.混凝土动态断裂数值模拟[J].兵工学报，2010，31（6）：741－745.LIU Lu－guang，OU Zhuo－cheng，DUAN Zhuo－ping，et al.Simulation of concrete dynamic fracture[J].Acta Armamentarii，2010，31（6）：741－745.（in Chinese）[2]崔浩，李玉龙，刘元镛，等.基于粘聚区模型的含填充区复合材料接头失效数值模拟 [J].复合材料学报，2010，27（2）：161－168.CUI Hao，LI Yu－long，LIU Yuan－yong，etal.Numerical simulation of composites joints failure based on cohesive zone model[J].Acta Materiae Composite Sinica，2010，27（2）：161－168.（in Chinese）[3]SONG S H，PAULINO G H，BUTTLAR W G.A bilinear cohesive zone model tailored for fracture of asphalt concrete considering viscoelastic bulk material[J].Engineering Fracture Mechanics，2006，73（18）：2 829－2 848.[4]SONG S H，PAULINO G H，BUTTLAR W G.Simulation of crack propagation in asphalt concrete using an intrinsic cohesive zone model[J].Journal of Engineering Mechanics，2006，132（11）：1 215－1 223.[5]MAROM G，HAREL H，ROSNER J.Fracture energies of composite propellants[J].Jounal of Applied Polymer Science，1977，21（6）：1 629－1 634.[6]张亚，强洪夫，杨月诚.国产HTPB复合固体推进剂Ⅰ－Ⅱ型裂纹断裂性能实验研究[J].含能材料，2007，15（4）：359－361.ZHANG Ya，QIANG Hong－fu，YANG Yue－cheng.Fracturebehavior of HTPB composite propellant inⅠ－Ⅱ mixed mode crack[J].Chinese Journal of Energetic Materials，2007，15（4）：359－361.（in Chinese）。
胶的粘弹性仿真建模经验总结
胶的粘弹性仿真建模经验总结工程中使用的大部分胶黏剂都属于粘弹性材料，其力学行为具有很强的时间相关性，表现出典型的“蠕变”（恒定外力下，材料的变形随加载时间的增加而逐渐增大）或“松弛”（恒定变形下，材料的应力随加载时间的增加而逐渐衰减）现象．上述特性又进一步影响粘接结构的力学行为，导致粘接结构在使用过程中，其结构应力随着加载时间的增加而逐渐变化．因此，合理地分析粘接结构应力分布，必须准确描述胶黏剂的时间相关力学特性．传统只定义弹性模型、泊松比仅对小应力下部分硬的胶水适合。
本文对胶水的粘弹性建模进行总结。
框架： 1. 粘弹性本构模型简介2. 弹性模量、剪切模量、体积模量、泊松比之间的关系3. 有限元建模4. 调研的几款胶水粘弹性模型的材料参数一、粘弹性本构模型简介二、弹性模量、剪切模量、体积模量之间的关系不像金属材料，胶黏剂的线弹性本构模型，有些文献输入的是弹性模量与泊松比。
有些是输入体积模量与剪切模量。
因此需要对这几个概念进行理清。
杨氏模量弹性模量：测试方法：GB/T 1040-2006 或GB/T 528-2009剪切模量的测试标准：ASTM D3983-98 ASTM E 229-1992 结构粘合剂剪切强度和剪切模量的测试方法如上，材料的杨氏模量、泊松比、体积模量和剪切模量四个变量只有两个变量是独立的。
对于金属通常线弹性模型经常输入弹性模量、泊松比是因为这两个参数比好测量或获取。
三. 胶水结构的粘弹性有限元建模粘弹性材料数据源自文献。
后处理：应力场分布后处理：胶与基板的界面线上的应力分布。
红色为不考虑粘弹性影响，蓝色为考虑粘弹性。
从中可看出，两者应力分布存在明显差异。
对粘结剂应力较大或施加应力时间较长，需要考虑其应力松弛或蠕变效应。
胶黏剂超弹性理论与试验力学及ABAQUS仿真案例总结
胶黏剂超弹性理论及ABAQUS仿真案例总结摘要：一部胶黏剂固化后呈现的是橡胶这种超弹性状态，对齐固化后的性能研究与计算基本等于橡胶超弹性研究。
框架：一、超弹性材料本构模型理论二、橡胶材料力学行为的实验研究三、基于ABAQUS橡胶材料的工程实例仿真与实验验证方法四、基于COMSOL胶黏剂超弹性仿真案例一、超弹性材料本构模型理论对于固化后呈现软而韧的胶黏剂，基本可等同于橡胶超弹性材料。
二、橡胶材料力学行为的实验研究2.1引言试验设计与研究是材料设计的关键，主要研究各类配合剂与材料性能，诸如力学性能、功能性能、耐久性及加工性能等之间的相关性，进而从中解析材料组分的品种、类型和用量对橡胶材料性能的影响规律。
本章主要是通过对密封件橡胶试样EP7001和EP7118F进行单向拉伸的准静态力学实验，研究分析橡胶的各种力学行为，主要包括橡胶的Mullins效应及其能量损耗、橡胶材料的应力应变行为和起始模量、橡胶材料力学行为的调制应变相关性、橡胶材料变形行为的率相关性以及橡胶材料应力行为的应变历史相关性等。
另外，还特别针对9种不同体积含量的N330炭黑填充天然橡胶材料进行了单向拉伸的准静态力学实验，研究分析炭黑的填充对硫化橡胶相关力学行为的影响规律。
2.2橡胶材料试样的制备及实验准备在试验方法中，拉伸试验是评价力学、机械特性最基本的方法，所以在各国标准中都放在首要位置。
拉伸试验时，采用某橡胶制品公司生产的EP7001橡胶、EP7118F橡胶以及天然（NR）橡胶为原材料，所制备试样的形状与尺寸满足国家标准《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》（GB/T528-2009）中“1型”哑铃状试样的要求，试样狭窄部分的标准厚度为2mm。
试验在美特斯工业系统（中国）有限公司生产的CMT4104微机控制电子万能试验机上进行，如图2-1所示，其力值和位移精度均为0.5级，大变形传感器选用25mm标距，夹具选用偏心轮夹具PA103A，此夹具特别适用于橡胶材料的拉伸试验，随着拉伸力的增大，夹具钳口对试样的夹持也越来越紧，避免了试样夹持部分的打滑。
粘接试件应力分布均匀性改进的有限元数学模型分析
粘接试件应力分布均匀性改进的有限元数学模型分析作者：任艳，李向超来源：《粘接》2023年第12期摘要：基于汽车车身构成材料的发展需要，車身上开始大量使用轻量化材料。
这类材料的粘接技术存在应力分布均匀的特点，再加上强度高、质量轻便等，应用日益广泛。
然而在实际运用中，往往因为对其粘接接头的力学性能缺乏全面的认知，使之在不少关键结构中粘结剂的应用受到一定制约。
为此，对粘接接头强度实验法进行完善，重点剖析了有关粘接实验的相关问题，以铝合金对接试件为对象，将实验和仿真分析进行结合，进而对胶层应力状态加以分析对比验证，增加了粘接实验法的精准性，进而得到更为精准的断裂应力值，实现对断裂应力算法的优化。
关键词：粘接试件；应力分布；有限元仿真；数学模型；断裂应力中图分类号：TQ433.4+32;TP391.9文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）12-0021-04The finite element mathematical model analysis for improved stress distribution uniformity of the bonded specimensREN Yan，LI Xiangchao（1.Shaanxi Post and Telecommunication College，Xianyang 712000，Shaanxi China；2.Xi’an No.26 Middle School，Xi’an 710001，China）Abstract：Based on the development needs of automobile body composition materials，a large number of lightweight materials have begun to be used in car bodies.The bonding technology of such materials has the characteristics of uniform stress distribution，high strength，light weight，etc.which make them increasingly widely used.However，in practical application，the application of adhesives in many key structures is limited due to the lack of comprehensive understanding of the mechanical properties of its adhesive joints.To this end，the adhesive joint strength test method was improved，focusing on the analysis of the relevant problems related to the bonding experiment，taking the aluminum alloy butt specimen as the object，the experiment and simulation analysis were combined，and then the stress state of the adhesive layer was analyzed and compared to verify，which increased the accuracy of the bonding experimental method，and then obtained a more accurate fracture stress value，and realized the optimization of the fracture stress algorithm.Key words：adhesive test piece;stress distribution;finite element simulation;mathematical model;fracture stress从汽车车身的构成材料发展角度来分析，多材料车身已经成为重要发展趋向，不同材料的连接自然日益常见。
基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能的研究[整理]
![基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能的研究[整理]](https://img.taocdn.com/s3/m/6567bea70066f5335b812142.png)
基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能的研究[整理]基于abaqus中cohesive element 对钢筋混凝土粘结性能的研究摘要:考虑到钢筋与混凝土界面受力的复杂性，基于用来模拟三种裂缝和失效的零厚度界面单元，采用分离式模型，引入内聚力黏结模型，并以文献中的拉拔试验结果为参照，利用abaqus中cohesive element单元建立起钢筋拉拔试验的计算模型。
通过与文献中试验结果的比较，结果符合较好，验证了该计算模型的合理性。
关键词:钢筋混凝土粘结;拉拔试验;黏结单元;数值模拟0.引言混凝土结构中，钢筋与混凝土这两种材料之所以能够共同作用、承担外荷载，其中一个很重要的原因是混凝土硬化后与钢筋之间形成了良好的粘结。
尽管对粘结试验的研究已有一百多年的历史，国内外的学者发表了为数众多的试验和理论资料，但是由于影响粘结的因素很多破坏的机理复杂，以及试验技术方面的原因等，目前粘结问题还没有得到很好的解决。
关于粘结的机理还不能提出一套比较完整的、有充分论据的粘结滑移理论。
由于试验中存在诸多不确定性，数值模拟在钢筋混凝土粘结性能分析中也逐渐重视起来，自上世纪六十年代美国学者把有限元引入钢筋混凝土结构的分析以来，有限元已经成为对混凝土问题进行研究的一种典型的数值模拟方法，目前有限元模拟主要有以下三种分析模型:l)分离式模型;2)组合式模型;3)整体式模型。
由于整体式模型不能反映钢筋混凝土这种非均质材料的微观受力机理，而组合式模型假定钢筋与混凝土粘结可靠而不产生相对位移，这又与实际的微观机理不符，因此对粘结性能的研究只能采用分离式模型。
本文通过引入描述裂缝和断裂失效的界面单元，采用分离式模型，按空间轴对称的方法，引入cohesive element模型，利用通用有限元abaqus对文献中试验得到的荷载一位移曲线进行数值模拟。
1(界面单元1.1界面单元介绍基于界面相对位移和应力之间关系建立的的界面单元能够有效地模拟钢筋和混凝土界面的力学行为，对于钢筋和混凝土之间的界面，更为实用的操作是将界面单元视为零厚度界面单元，相应地，界面单元的本构关系用界面力一相对位移进行描述。
基于复合弹性体界面粘接强度计算的有限元数值模型构建
基于复合弹性体界面粘接强度计算的有限元数值模型构建杨敏;许永伦;王淑婷;庞云嵩;任琳琳;曾小亮;孙蓉
【期刊名称】《中国胶粘剂》
【年(卷),期】2024(33)5
【摘要】基于硅凝胶复合弹性体,构建有限元数值计算模型用于计算其界面粘接强度。
该模型包括内聚力和具有Mullins效应的超弹体材料力学模型,分别描述了复合弹性体在剥离时界面处能量损耗和周围材料形变时的能量损耗。
使用Abaqus 可直接实施算例,其算例所需相关计算参数可通过相应的材料力学表征得到。
由于与试验结果即其数据曲线的变化趋势、幅度与区间等相近,证明所构建有限元数值模型具有一定的准确性。
这一研究为通过有限元数值计算来预测材料性能提供了新的思路,以取代复杂的试验表征方法。
【总页数】7页(P33-39)
【作者】杨敏;许永伦;王淑婷;庞云嵩;任琳琳;曾小亮;孙蓉
【作者单位】深圳先进电子材料国际创新研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ430.1
【相关文献】
1.用三维有限元模型计算复合材料粘接修补裂纹板的J积分
2.粘接界面处理对玻璃离子水门汀与复合树脂粘接强度的影响
3.弱粘接界面固-固界面波特性及与界面粘
接性质关系数值研究4.丙酮基和酒精-水基牙本质粘接系统粘接强度比较及粘接界面观察5.胶粘剂对固体发动机复合材料壳体多材料界面处粘接强度的影响
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粘结剂高温高湿蠕变仿真建模总结
基于COMSOL的胶黏剂蠕变仿真建模总结
摘要：
室温固化环氧树脂胶黏剂是比较典型的粘弹性材料，研究其力学性能时首先要考虑它的粘弹性，通常将粘弹性分为静态粘弹性和动态粘弹性。
高聚物动、静态粘弹性的影响因素较多，主要有温度、应力、频率、应变和物理老化等，在长期载荷作用下易产生蠕变变形。
本文对胶黏剂的蠕变仿真建模方法进行总结。
框架：
1.蠕变概念及本构模型介绍
2.胶黏剂的蠕变仿真建模
3.调研的几种环氧树脂胶结剂的蠕变参数
一、蠕变概念及本构模型介绍
二、胶黏剂的蠕变仿真建模
通过文献调研知，三参数时间硬化模型适合胶黏剂的蠕变模型。
后处理：
三、调研的几种环氧树脂胶结剂的蠕变参数
文献1：E44 环氧树脂
文献2：E44 环氧树脂。
基于内聚力模型的义齿粘结界面和骨结合界面的应力应变分析
基于内聚力模型的义齿粘结界面和骨结合界面的应力应变分析义齿是一种常见的口腔修复方式，其有效粘结界面和骨结合界面的稳定性对于义齿的长期使用起着重要作用。
本文基于内聚力模型，对义齿粘结界面和骨结合界面的应力应变分析进行了研究。
首先，我们需要了解内聚力模型的基本原理。
内聚力是指材料内部分子之间的相互作用力，是材料内部保持稳定的力。
在义齿粘结界面和骨结合界面中，内聚力起着重要作用。
根据内聚力模型，我们可以通过计算这些界面中的应力应变分布来评估其稳定性。
针对义齿粘结界面，我们可以通过内聚力模型分析其应力应变分布。
由于义齿与粘结剂之间存在一定的粘结力，当有外力作用于义齿时，粘结界面会受到拉伸、剪切等力的作用。
我们可以通过计算界面上的应力分布来评估粘结界面的稳定性，进而优化粘结剂的选择和粘接工艺，提高义齿的使用寿命。
对于骨结合界面，内聚力模型同样适用。
骨结合界面是指义齿与患者口腔骨组织之间的结合界面。
在口腔修复过程中，骨结合界面的稳定性对于义齿的固位和稳定起着至关重要的作用。
通过分析骨结合界面的应力应变分布，我们可以评估该界面的负荷承载能力，并进一步优化修复方案，提高义齿的稳定性和舒适度。
在义齿粘结界面和骨结合界面的应力应变分析中，我们需要考虑到材料的力学特性、界面形态和外力的作用等因素。
通过合理的模拟和计算，我们可以得到这些界面上的应力应变分布情况，并根据分析结果进行相应的优化和改进。
综上所述，基于内聚力模型的义齿粘结界面和骨结合界面的应力应变分析对于义齿的稳定性和舒适度具有重要意义。
通过优化粘结剂的选择和粘接工艺，以及改善修复方案，我们可以提高义齿的使用寿命，并为患者提供更好的口腔修复效果。
abaqus 胶水参数
abaqus 胶水参数
ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，它可以用于模拟和分析
各种工程和科学问题。
在ABAQUS中，胶水参数通常用于描述材料之
间的粘接行为，这在许多工程应用中都是非常重要的。
胶水参数通常包括胶合剂的弹性模量、剪切模量、屈服强度、
断裂韧度等。
这些参数可以用来描述胶合剂的力学性能，以便在模
拟粘接接头时考虑到胶合剂的影响。
在ABAQUS中，可以通过定义材料模型来设置胶水参数。
常见的
胶合剂模型包括弹簧元素模型和连续介质模型。
弹簧元素模型通常
用于描述胶合剂在接触面上的行为，而连续介质模型则更适用于描
述整个胶合层的行为。
另外，在ABAQUS中还可以设置胶合剂的接触参数，如摩擦系数、粘结刚度等，这些参数也对胶合接头的模拟和分析起着重要的作用。
总之，在ABAQUS中设置胶水参数需要考虑到胶合剂的材料特性、接触条件和所需的精度等因素，以便准确地模拟和分析粘接接头的
力学行为。
希望这些信息能够帮助你更好地理解ABAQUS中胶水参数的设置。
基于内聚力模型的碳纤维与钢复合结构断裂性能分析
-机械研究与应用-2019年第6期(第32卷，总第164期)研究与试验doi：10.16576/ki.1007-4414.2019.06.011基于内聚力模型的碳纤维与钢复合结构断裂性能分析”王少勃，王斌华(长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安710064)摘要:针对复合结构的粘接界面断裂性能分析,在有限元软件ABAQUS中基于CZM(Cohesive Zone Model)中的co-hesive单元来模拟粘接层并建立有限元模型，模拟分析了钢板和碳纤维树脂粘接界面的损伤情况，得到了碳纤维与钢I型断裂的载荷位移曲线，并通过双悬臂梁实验测试验证了模拟结果的准确性，为实际工程结构加固提供指导。
关键词：复合结构；粘接界面；CZM；有限元法中图分类号:TB331文献标志码:A文章编号:1007-4414(2019)06-0033-02Analysis of Bonding Properties of Carbon Fiber and Steel Composite Structure Based on CZMWANG Shao-bo,WANG Bin-hua(Key Laboratory far Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education,Chang'an University,Xi'an Shaanxi710064,China)Abstract:For the analysis on the fracture properties of the bonded interface of the composite structure,the cohesive element in CZM(Cohesive Zone Model)was used to simulate the bonding layer and establish the finite element model in the finite element software ABAQUS.The damage of the bonding interface between the steel plate and the carbon fiber was simulated and analyzed.In the case,the load-d isplacement curves of carbon fiber and steel type1fracture were obtained,and the accuracy of the simulation results was verified by double cantilever beam experimental test.It would provide guidance for the reinforce・ment of actual engineering structures.Key words:composite structure；bonding interface；CZM；finite element method0引言近年来，随着复合材料的开发，复合材料的力学性能不断提高、生产成本随之降低、材料性能成熟稳定，已广泛应用于钢结构的修复和加固中。
内聚力界面单元在胶接接头分层仿真中的应用
ｉ ｈ ｈ ｓｖ ｎ ｅ ｏｎ ｉ ｇ ｔ ｅ Ｃｏ ｅ ｉ ｅ Ｉ ｔ ｒａ ｅ Ｅｌｍｅ ｔ ｎ ｔ ｅ Ａｄ ｅ ｉｅ Ｂｏ ｄ ｄ Ｊ ｉ ｔＵｓｎ ｈ ｈ ｓｖ ｎ ｅ ｆ ｃ ｅ ｎ
Ｙ Ｎ ｉｏ ｕ ， Ｕ Ｋ ｎ— ｉｇ ， Ｈ Ｏ Ｎ ｎ Ｌ ｉｇ Ａ Ｇ Ｘ ａ —ｈ ｉ Ｈ ｕ ｊ Ｚ Ａ ｉｇ ， ｉ ｎ ｎ Ｊ
Hale Waihona Puke 的分析是很有必要的。由于界面层厚度 太小， 用常规 的有 限元法或边界元 法很 难对其进行仿 真 ， 更加无法仿 真胶接接头 的
分层损伤过程 。针对上述情况 ， 为提高接头结 构承载力 ， 采用零厚度 的内聚力界面单元来仿真界面层 ， 克服无法仿真界面层
的困难 ， 对胶接接头的分层损伤过程 进行仿 真 ， 与试验结果进行对 比， 并 验证方法 的有效性。通过仿真分 析结果 与试验结果 对 比可知 ， 仿真分析结果与试验结果吻合较好 。因此 ， 运用 内聚界 面单元仿真界面层方法是有效的 ， 为复杂胶接接头承载 并 能力分析提供有力的依据。
ａ ｄ ｅ ｓｔ ｓ ｓｔａ ｉｎ，ｉ ｔ ｅ ｐ ｐｅ ，ｗｅ ｕｓ ｈ ｏ ｅｓｖ ｎｅ ａ ｅ ｅｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｉ ｋ ｅ ｓｏ ｅ ｏ ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｄ ｒ ｓ ｈｉ ｉｕ ｔｏ ｎ ｈ ａ ｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｉｅ ｉ ｔｒ ｃ ｌｍｅ ｔｗｉｈ ｔ ｃ ｎ ｓ ｆｚ ｒ ｏ ｓｍｕｌｔ ｈｅ ｆ ｈ ｈ ｉｔ ｒａ ｅ ｌｙ ｒｔ ｅ ｈｅ ｒ ｌ ｆｌ ｍｉ ｌｄａ ｇ ｎ ｅ ｃ ａ ｅ ｏ ｇ ｔｔ ｕ ｅ ｏ ａ ｎａ ｍａ ｅ，ａ ｄ ｏ ｔａ ｔｗｉｈ ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔｌｒ ｓ ｔｔ ａ ｉ ｔ ｈｅ ｖ ｌｄｔ ｆｔ ｆ ｎ ｃ ｎ ｒｓ ｔ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕｌ ｏ ｖ ｌｄａｅ ｔ ａｉ ｉｙ ｏ ｈｅ
内聚力模型的形状对胶接结构断裂过程的影响
内聚力模型的形状对胶接结构断裂过程的影响张军;贾宏【摘要】内聚力模型被广泛应用于粘接结构的断裂数值模拟过程中，为深入分析不同形状内聚力模型与胶黏剂性质和粘接结构断裂之间的关系，本文分别采用脆性和延展性两种类型胶黏剂，对其粘接的对接试件进行了单轴拉伸、剪切实验，以及其粘接的双臂梁试件进行了断裂实验.3种类型的内聚力模型(抛物线型、双线型和三线型)分别模拟了以上粘接结构的断裂过程，并与实验结果进行对比.结果发现：双线型的内聚力模型适用计算脆性胶黏剂的拉伸与剪切的断裂过程；指数型内聚力模型较适合计算延展性胶黏剂的拉伸和剪切的断裂过程，临界应力、断裂能和模型的形状参数是分析拉伸和剪切的重要参数；双臂梁试件的断裂过程模拟结果发现，断裂曲线与胶黏剂性质有关，内聚力模型形状参数也有影响.通过实验与计算结果分析，双线型内聚力模型更适合脆性胶黏剂粘接的双臂梁断裂计算，而三线型更适合计算延展性胶黏剂粘接的双臂梁断裂过程，此研究结果对胶黏剂的使用和粘接结构的断裂分析有很重要意义.%Cohesive zone models have been increasingly used to simulate fracture of adhesively bonded joint. In order to understand the relation between the delamination of the different types of adhesives and the shape of cohesive zone models (CZMs), the uniaxial tension and shear experiments were conducted using two distinct adhesives, an epoxy-based adhesive in a brittle manner and VHBTM tape adhesive in a ductile manner. Three types of CZMs shapes are adopted, including exponential, bilinear, and trapezoidal models. The results demonstrate that the bilinear CZM more suitably simulate the tension and shear failure of the brittle adhesive, while the exponential CZM suitablydescribes the ductile adhesive. The cohesive strength, work of separation and the shape parameters are the significant effect factors on the simulation results of the uniaxial tension and shear debonding procedures. Nevertheless, the shape of CZM has certain influences on the simulation of the double cantilever beam fracture. The comparison between the numerical and the experiment results demonstrate that the bilinear CZM more suitably simulate the double cantilever beam fracture of the brittle adhesive, while the trapezoidal CZM suitably describes the ductile adhesive. The investigation results are significant to use CZMs to precisely analyze adhesively bonded joints fracture.【期刊名称】《力学学报》【年(卷),期】2016(048)005【总页数】8页(P1088-1095)【关键词】内聚力模型;胶黏剂;粘接结构;断裂【作者】张军;贾宏【作者单位】郑州大学化工与能源学院，郑州450001;郑州大学化工与能源学院，郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TQ436.9由于胶黏剂使用简单，粘接结构重量轻，有较好的抗腐蚀和抗疲劳等优点，粘接结构被广泛地应用在汽车、航空、建筑和微电子等工业领域[1-3].为了使粘接结构能得到更广泛、更可靠的应用，其断裂过程和断裂特征需要更准确的研究和预测. 内聚力模型(cohesive zone models,CZMs)被用在模拟和预测粘接结构的开裂和裂纹扩展过程，此模型首先由Barenblatt[4]和Dugdale[5]提出，当拉伸力达到临界值时，裂纹开始萌生，然后拉伸力下降，裂纹向前扩展直至完全断开.内聚力模型也被广泛应用于分析金属、陶瓷、高分子材料和复合材料的断裂失效，它可以准确分析裂纹尖端的塑性区、龟裂现象和蠕变行为等[6-10].随后，Needleman[11]提出了二次多项式和指数形式的非线性内聚力模型(即抛物线型)，用来分析金属的晶粒的开裂，以及有气泡的晶粒裂纹动态扩展过程；Tvergaard和Hutchinson[12]提出了弹性和理想塑性的三线型内聚力模型；Camacho和Oritiz[13]提出脆性断裂的双线型内聚力模型，并利用此聚力模型模拟了双臂梁试件在冲击载荷下裂纹扩展过程；Geubelle和Baylor[14]使用双线型内聚力模型模拟了复合纤维板在低速冲击载荷下的裂纹萌生、扩展和分层过程.以上计算结果与实验结果作比较，都能很好地反应实际的断裂特性.不同形状的内聚力模型对应着不同的拉伸--分离的本构关系，其主要的断裂参数是临界应力和断裂能，而形状参数确定了内聚力模型的形状(抛物线型、双线型和三线型)及其力学性质[15-17].通过理论计算与实验对比的方法获得内聚力模型的断裂和裂纹萌生的力学性能参数，用于分析实际工况下的不同粘接材料和粘接结构的可靠性[18-23].虽然，Blackman等[24]认为双臂梁的断裂过程中，内聚力模型的形状参数与断裂曲线无关；而Yan和Shang[25]的计算结果得到内聚力模型的形状参数在其分析过程中是起作用的.最近研究学者[26-28]开始重视研究内聚力模型形状和重要参数对其模拟不同胶黏剂和粘接结构的影响；Campilho等[29-30]的研究表明内聚力模型的形状对延展性胶黏剂粘接的搭接结构有很大，对脆性胶黏剂影响不大.然而，粘接结构的裂纹萌生、扩展与粘接材料的性质关系如何，以及如何选用恰当的内聚力模型进行粘接结构的断裂分析，这些是目前使用内聚力模型比较模糊的问题，此类研究文献在国内外也不多见.所以，对以上问题本文做出更深入的研究.本研究采用两种不同性能的胶黏剂，一种为脆性的环氧树脂胶，一种为延展性的VHB(very high bond)胶.分别对其对接试件进行拉伸、剪切实验和双臂梁试件的断裂实验，通过与实验对比得到两种胶黏剂的拉伸--分离的关系曲线，并获得其临界应力、断裂能和形状参数.采用抛物线型，三线型和双线型3种类型内聚力模型，对以上两种粘接结构的拉伸、剪切和断裂过程进行数值模拟.通过计算结果与实验结果的对比分析，确定出更适合的内聚力模型可以模拟不同的胶黏剂与不同的粘接结构的断裂过程.1.1 粘接试件制作脆性胶黏剂采用商用环氧树脂强度结构胶，型号为LORD 320/322，由美国LORD(洛德)公司生产.延展性胶黏剂采用带状的G16F VHBTM，一种建筑用压敏胶，由美国3M公司生产.其宽度为25.4mm，厚度为1mm.对接试件的被粘物采用工字型铝合金，型号6061-T6，长度50mm，试件的粘接形式和结构尺寸如图1所示.采用这种形式的被粘物，可以减少实验过程中试件边缘的应力集中.这种工字型铝合金的强度经过测试，能够达到本实验要求.铝型材的粘接面用100号砂纸打磨，确保表面有统一的粗糙度，粘接面使用丙酮进行表面清洗，清除表面的灰尘、油泥等污染物，并在烘干箱内烘干30min后进行粘接.双臂梁试件按照ASTM(美国材料与试验协会)标准制作，如图2所示.图中a=50mm,l=250mm, h=12.75mm,d=1mm,试件宽度为25.4mm.被粘物采用T6061铝合金，粘接面采用220号砂纸打磨.同样，粘接面使用丙酮进行表面清洗，并在烘干箱内烘干30min后进行粘接.制作对接试件和双臂梁试件时，采用1mm厚的聚四氟乙烯膜(teflon film)，夹在被粘物之间，保证粘接后的胶体厚度都控制在1mm.每组试件在室内保持24h之后进行实验.1.2 实验方案拉伸和剪切实验采用一种带有平衡调节的Arcan固定装置，此装置可以实现拉伸、剪切和其他角度的强度实验[31-32]，Arcan固定装置如图3(a)所示.为实现试件与固定装置更好结合，设计了一种特制的夹持结构，夹具如图3(b)所示，夹具与固定装置Arcan用销钉连接，夹具与试件用螺栓顶紧，它可以保证试件固定，实验时没有附加的滑移.实验采用Instron 5800力学试验机，分别采用5kN和30kN的力传感器，用于两种胶体粘接的试件进行实验；脆性胶黏剂粘接的试件进行拉伸和剪切实验，采用引伸计测量位移，引伸计固定在如图4(a)和图4(b)所示的位置，记录拉伸和剪切的应变.其他实验用试验机自身元件测量位移.本实验采用位移控制，位移速度控制为0.5mm/min.每组实验重复5次.目前，被广泛采用的内聚力模型有：指数形式的抛物线模型(E-CZM)[6]，弹性--理想塑性的三线型模型(T-CZM)[7]和弹性的双线型模型(B-CZM)[8].3种内聚力模型的拉伸--分离关系如图5所示.2.1 抛物线型内聚力模型指数形式的内聚力模型的拉伸力与分离位移之间的关系式为拉伸和剪切的断裂能与临界应力相关联，分别表示为式中，Tn和Tτ是拉伸和剪切力；φn和φτ分别是拉伸和剪切的分离功；∆n和∆τ分别为拉伸和剪切的分离位移；σmax和τmax为拉伸和剪切断裂的临界应力；δn1和δτ1分别为拉伸和剪切应力达到临界应力时的位移；q=φτ/φn，r=∆∗n/δn1，如图5所示.2.2 双线型内聚力模型双线型内聚力模型的拉伸力与分离位移之间的关系式为拉伸和剪切的断裂能为式中，和为界面分离的临界位移，也是双线型模型的形状参数，如图5所示.2.3 三线型内聚力模型三线型内聚力模型的拉伸力与分离位移之间的关系式为此内聚力模型的拉伸和剪切的断裂能为式中，δn1，δn2，，δτ1，δτ2和分别是内聚力模型不同应力对应的分离位移，是三线型内聚力模型的形状参数.其他参数含义同上，如图5所示.应用商用ABAQUS软件，通过有限元法对两种胶体粘接试件的拉伸剪切和双臂梁的断裂过程进行模拟.粘接材料的本构关系分别采用3种内聚力模型的拉伸(剪切)--分离关系，本研究通过建立用户材料子程序方法，赋予粘接层不同的内聚力关系，计算过程使用显性积分计算.被粘物的力学性质为弹性材料，弹性模量和泊松比分别为，E=69GPa,µ=0.3.根据试件的几何特点和加载情况，采用二维结构模型和平面应变状体模拟.被粘物采用四节点平面应变单元CEP4，对接结构网格数为1200个，双臂梁的网格为1500个；粘接层采用4节点二维的单层粘接单元COH2D4，对接结构网格数为50个，双臂梁的网格数为200个，几何模型与试件结构一致. 4.1 脆性胶黏剂拉伸和剪切实验及数值计算脆性胶黏剂粘接的对接试件，其拉伸和剪切实验结果，如图6所示，拉伸和剪切的应力--位移呈线性关系.实验中发现，剪切的断裂强度高于拉伸强度，即临界剪切应力大于临界拉伸应力；断裂时，裂纹一旦出现，会迅速扩展到全部断开.粘接界面的失效表现为脆性断裂，没有发现黏性和塑性现象的发生.而且，从断裂面上分析，断裂一般都发生在胶体层上.从与实验结果的对比中可以得到内聚力模型需要的主要参数，通过调节内聚参数使得模拟实验的加载曲线与真实的加载曲线吻合，从而确定内聚参数.为了能更好地模拟实验结果，对比内聚力模型和拉伸与剪切实验曲线获得其形状参数比例.3个内聚力模型的主要参数如表1所示.在模拟的过程中，几何模型的建立、材料性能、边界条件和加载情况都与实验过程相同，但粘接层采用不同内聚力拉伸--分离关系的用户材料子程序.而且，计算时3个模型采用相同的临界应力和断裂能.拉伸和剪切实验的模拟结果与实验对比结果，如图7和图8所示.结果对比可以发现，使用内聚力模型模拟对接结构的拉伸和剪切断裂过程中，临界应力和断裂能是重要的参数，而且形状参数起到非常重要，决定了断裂的主要特征.对于脆性粘接材料的断裂，无论是拉伸和剪切情况，只有双线型内聚力模型才能准确模拟出对接结构断裂的脆性特征，其他两个模型不适于模拟脆性胶黏剂粘接的对接结构断裂过程.4.2 延展性胶黏剂拉伸和剪切实验及数值计算延展性胶黏剂粘接的对接试件拉伸和剪切实验的结果，如图9所示.实验过程观察到开裂路径是在胶层与粘接界面之间交替出现.可以看到拉伸和剪切情况下，应力--位移曲线上升阶段和下降阶段都呈现出非线性，剪切临界应力略高出拉伸临界应力；此粘接结构断裂失效表现为延展材料特性，此粘接材料的拉伸应变达到600%，剪切应变为1000%.胶黏剂粘接的临界应力和断裂能也是通过实验结果的对比中获得的.内聚力模型计算所需的形状参数比例也需要从实验结果比较中得到.计算延展性胶黏剂断裂过程的3个内聚力模型主要参数，如表2所示.采用3种内聚力模型，分别计算延展性胶黏剂粘接的对接试件的断裂过程.同样，3个模型采用实验获得相同的临界应力和断裂能.拉伸和剪切实验的模拟结果与实验结果对比，如图10和图11所示.结果发现，在使用内聚力模型模拟延展性胶黏剂粘接的对接结构拉伸和剪切断裂过程中，形状参数起到很重要作用.从3种内聚力模型模拟的拉伸和剪切断裂曲线与实验结果对比可以发现，虽然模拟拉伸断裂过程中，抛物线型模拟的曲线在断裂尾部与实验曲线相差很多，三线型的模拟曲线在中间部分与实验曲线重合度不好；而模拟剪切断裂时，断裂曲线上升阶段，双线型模拟曲线与实验曲线重合比较好，而断裂曲线下降阶段，三线型模拟的结果与实验曲线比较接近.但综合曲线的形状分析，延展性粘接材料粘接的对接试件断裂过程，抛物线型的内聚力模型相对比较适合，而双线型和三线型的内聚力模型只能适合分析某一段的对接结构拉伸和剪切断裂过程.4.3 双臂梁试件的断裂实验及数值计算双臂梁断裂实验是对双臂梁两端夹持进行力和位移的测量，并得到拉力--位移实验曲线.实验发现，实验的断裂曲线开始阶段为线性上升，断裂后粘接强度逐渐下降，下降阶段表现为非线性，直至全部开裂，如图12所示.为了体现不同内聚力模型数值模拟双臂梁的断裂过程适应性，采用3种内聚力模型分别计算脆性胶黏剂粘接的双臂梁试件断裂过程.在计算过程中，几何模型、材料性能、边界条件和加载情况都与实验过程相同，但粘接层采用不同内聚力拉伸--分离关系用户材料子程序，采用前面实验获得的参数，如表1所示，3种内聚力模型采用相同的临界应力和断裂能.计算结果发现，双线型和三线型内聚力模型，在曲线的开始阶段与实验曲线有相同的线性上升趋势，重合度很好，并同时达到最大值，比实验值小7N；在下降过程中双线型模型能更接近实验曲线.而抛物线型内聚力模型在上升阶段表现为非线性，与实验曲线不符，峰值力低于实验值45N，下降趋势与其他模型接近.文献[26,29]中都使用ABAQUS自带模型(线性上升和非线性下降的内聚力模型)代替抛物线模型，这样无法体现抛物线型内聚力模型非线性上升的特点.本文采用的抛物线内聚力模型的数值计算方法可以更准确地比较模型的整体模拟效果.通过3种模型模拟结果与实验曲线比较，双线型内聚力模型的模拟结果更接近实验曲线.由于在双臂梁的断裂过程中，粘接层在拉伸和剪切组合力的作用下断裂，不能确定哪个应力贡献更多.同时，被粘物的弯曲变形力也对拉力有作用.所以，在双臂梁断裂过程中，内聚力模型中的形状参数的作用被淡化，不如对接结构的拉伸和剪切，内聚力模型形状起到绝对作用，但形状参数与材料力学性质相关，对断裂过程的曲线有一定的影响.延展性胶黏剂粘接的双臂梁试件的断裂实验结果，如图13所示.这种胶黏剂粘接的双臂梁断裂初始阶段，载荷表现为非线性上升，期间经历很长的位移；达到断裂的峰值后，然后快速下降，断裂载荷有很大延展性.模拟双臂梁断裂实验过程中，3个模型都采用与前面拉伸和剪切实验相同的临界应力、断裂能和形状参数，计算结果与实验对比如图13所示.结果发现，对于数值模拟延展性胶黏剂粘接的双臂梁试件断裂过程，抛物线型和三线型内聚力模型能模拟出断裂上升阶段的非线性，双线型内聚力模型模拟的上升阶段只是线性.其中，三线型模拟结果与实验曲线出重合度很好，3个模型都能达到最大拉力；断裂的下降阶段，虽然双线型和三线型模拟曲线与实验曲线比高出95N，但这两个曲线与实验曲线的趋势很接近.比较3种内聚力模型结果，三线型内聚力模型模拟曲线和实验曲线最接近，文献[29]中，作者虽然采用搭接粘接结构来研究内聚力模型的形状对两种胶黏剂的模拟结果影响，与本文的双臂梁粘接结构的研究结果也是相同的，三线型内聚力模型更适合计算延展性胶黏剂粘接的双臂梁断裂过程.说明数值模拟延展性胶黏剂粘接结构断裂时，更依靠内聚力模型的形状选择，用ABAQUS自带简单的双线型无法准确数值模拟其断裂过程.实验和计算结果也表明双臂梁粘接结构的裂纹萌生、扩展与粘接材料的性质关系很大，而内聚力模型的形状参数与材料力学性质相关，所以，形状参数对不同粘接材料的结构断裂过程起一定作用.本文采用两种类型的胶黏剂，对其粘接的对接试件进行了拉伸、剪切实验，以及对双臂梁试件进行断裂实验，并通过对接试件的拉伸和剪切实验对比获取了临界应力、断裂能和相应形状参数比值.采用3种类型的内聚力模型(抛物线型、双线型和三线型)分别计算了以上粘接结构的断裂过程，并与实验结果进行对比.结果发现，双线型内聚力模型更适用分析脆性胶黏剂的拉伸与剪切的断裂；抛物线型内聚力模型适用于计算延展性胶黏剂的拉伸和剪切的断裂；临界应力、断裂能和模型的形状参数是分析拉伸和剪切的重要参数；然而，由于拉伸、剪切和被粘物体变形同时起作用的双臂梁试件的断裂过程，内聚力模型的形状参数起到的作用被相对减小，双线型内聚力模型更适合脆性胶黏剂粘接的双臂梁断裂过程的计算，三线型内聚力模型更适合计算延展性胶黏剂粘接的双臂梁断裂过程.结果表明双臂梁粘接结构的裂纹萌生、扩展与粘接材料的性质有关，而内聚力模型的形状与材料力学性质相关，所以它对不同的粘接结构和粘接材料都起作用.此研究结果对于内聚力模型的使用和粘接结构的断裂预测有重要意义.【相关文献】1 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胶水实验工作总结
胶水实验工作总结
胶水是一种常见的粘合剂，广泛应用于家庭、工业和科研领域。
在实验室中，胶水也是一种重要的材料，用于粘合实验装置、固定实验样品等。
在过去的一段时间里，我们进行了一系列胶水实验工作，总结如下：
首先，我们测试了不同品牌和型号的胶水的粘合强度。
通过在不同材料上施加拉力，并测量其抗拉强度，我们发现了不同胶水之间的差异。
有些胶水在金属材料上表现出色，而在塑料材料上效果不佳，反之亦然。
这为我们选择合适的胶水提供了重要的参考。
其次，我们对胶水的耐热性和耐腐蚀性进行了测试。
在高温或腐蚀性环境下，有些胶水会失去粘合力，甚至发生化学变化。
我们发现了一些耐高温、耐腐蚀的胶水，适用于特定的实验条件。
此外，我们还对胶水的固化时间和固化条件进行了研究。
我们发现，不同胶水在固化时间和固化条件上也存在差异。
有些胶水需要在特定的温度和湿度条件下才能达到最佳的粘合效果，而有些则可以在常温下迅速固化。
最后，我们还对胶水的环境友好性进行了评估。
我们选择了一些无毒、无味、无溶剂的胶水，并测试了它们在实验室环境中的使用效果。
这些环保型胶水不仅对实验人员的健康有益，而且对实验样品也没有负面影响。
通过这些胶水实验工作，我们对胶水的性能和适用条件有了更深入的了解，为今后的实验工作提供了重要的参考。
我们相信，随着技术的不断进步，胶水的性能和应用领域还将有更大的发展空间。
基于内聚力模型的FRP加固混凝土梁受力性能数值分析
摘要外贴FRP加固钢筋混凝土结构由于耐腐蚀、施工简便以及几乎不改变结构原尺寸等优点已被广泛运用于土木工程中。
实际工程中常需对框架结构进行整体加固，而对框架结构整体加固的试验研究由于受到规模和成本的限制，通常采用针对加固梁柱子结构的承载力和变形能力的试验研究来代替。
本文针对已有FRP加固钢筋混凝土梁柱子结构试验进行数值模拟分析，以期为FRP加固钢筋混凝土框架结构的工程应用提供设计依据。
首先，本文根据内聚力模型进行FRP-混凝土界面单剪试验的有限元拟合分析，确定了双线性内聚力模型的三个关键参数，建立了双线性内聚力粘结界面单元。
运用双线性内聚力粘结界面单元模拟FRP-混凝土粘结界面的粘结滑移和剥离破坏，同时考虑混凝土、钢筋等材料在加载过程中的非线性性质，针对带FRP环形箍的通长粘贴FRP加固钢筋混凝土梁柱子结构极限承载力试验进行了数值模拟，分析了FRP加固对梁柱子结构极限承载力、刚度及延性的影响以及粘结界面的剥离脱落全过程。
根据加固梁柱子结构在破坏状态下FRP的受力特点提出了改进的梁柱子结构加固形式。
其次，在FRP加固钢筋混凝土梁柱子结构精细化有限元分析及试验分析的基础上，采用梁杆组合分析模型对FRP加固钢筋混凝土梁进行简化计算。
结合平均应力的平衡条件、应变莫尔圆条件以及修正压力场理论，提出了FRP加固钢筋混凝土梁的梁杆组合分析模型，运用梁杆组合分析模型讨论了FRP加固钢筋混凝土梁受力全过程的受力特性与传力机制。
最后，对FRP加固钢筋混凝土梁在纵向钢筋屈服前、后梁截面的应力应变分布和受力情况进行了理论分析，推导了FRP和钢筋的应变不均匀系数和混凝土的变形综合系数，最终得到FRP加固钢筋混凝土梁在纵向钢筋屈服前、后的等效抗弯刚度计算公式与变形计算公式，搜集分析了不同文献中梁截面、配筋率、加固材料和加固量各不相同的试件的试验数据，验证了本文所建公式的合理性。
本文结合有限元数值模拟分析与已有试验研究结果，分析了FRP加固对梁柱子结构受力性能和传力机制的影响，提出了较为经济合理的改进梁柱子结构加固形式，为简化计算提出了FRP加固钢筋混凝土梁的梁杆组合分析模型以及纵向钢筋屈服前、后的等效抗弯刚度计算公式与变形计算公式，为FRP加固实际工程应用提供了一定的参考。
粘接培训总结心得
粘接培训总结心得引言近年来，随着科学技术的不断进步，粘接技术在工业生产中起着越来越重要的作用。
为了提升我个人的技术水平和工作能力，我参加了一次粘接培训课程。
在课程结束之际，我感到十分荣幸和满足，下面我将对此次培训的内容和心得进行总结。
1. 培训内容本次粘接培训主要涵盖了以下几个方面的内容：1.1 粘接原理在本次课程中，我们首先学习了粘接的基本原理。
了解了粘接的定义、分类和应用范围，包括金属、塑料、玻璃等材料的粘接原理。
通过学习粘接原理，我们可以更好地理解不同材料的粘接特性，从而选择合适的粘接剂和工艺。
1.2 粘接剂的选择与应用接下来，我们学习了不同类型的粘接剂及其特点。
课程中详细介绍了有机胶、无机胶、压敏胶等常见的粘接剂种类。
此外，我们还学习了粘接剂的性能和应用要求，包括强度、耐候性、耐化学品性等。
通过了解粘接剂的选择与应用，我们可以根据实际要求选择最适合的粘接剂，提高粘接效果。
1.3 粘接工艺与测试除了粘接剂的选择外，粘接工艺也是影响粘接质量的重要因素。
本次培训课程中，我们学习了粘接工艺的基本原理和操作流程，包括表面处理、涂胶、加热固化等步骤。
同时，我们还了解了粘接质量检测的方法和标准。
通过掌握粘接工艺和测试方法，我们可以更好地控制粘接质量，防止出现质量问题。
2. 培训心得通过参加此次粘接培训，我受益匪浅。
以下是我对培训心得的总结：2.1 实践重要性本次培训中，除了理论知识的讲解，我们还进行了实际操作。
通过亲自涂胶、加热固化等实践环节，我更加深入地理解了粘接过程中的注意事项和关键环节。
实践中的问题和错误也让我深刻认识到了粘接工艺的重要性和技巧性。
实践不仅巩固了理论知识，还提高了我的操作技能。
2.2 交流与分享在培训过程中，我和其他参与者进行了积极的交流和分享。
大家分享了自己的经验和问题，一起探讨解决方案。
通过与他人的沟通，我学习到了不同行业和领域的粘接应用案例，拓宽了自己的眼界。
同时，交流还增进了我与他人的合作能力和团队意识。
聚合物的内聚强度和粘接强度
聚合物的内聚强度和粘接强度聚合物是由许多单体分子通过化学键连接而成的大分子化合物。
内聚强度和粘接强度是评估聚合物材料性能的重要指标。
本文将分别介绍聚合物的内聚强度和粘接强度，并讨论它们的影响因素和应用现状。
一、聚合物的内聚强度聚合物的内聚强度是指材料内部分子间的相互吸引力或结合力。
内聚强度直接影响聚合物的物理性能和力学性能。
内聚强度越高，材料的强度、韧性和耐热性等性能也会相应增强。
内聚强度的提高可以通过以下几个方面来实现：1. 分子结构设计：通过合理设计聚合物的分子结构，可以增加分子间的吸引力，提高内聚强度。
例如，引入极性基团或增加交联结构可以增强分子间的相互作用。
2. 分子量控制：聚合物的分子量对内聚强度有较大影响。
通常情况下，分子量越高，内聚强度越大。
因此，在聚合反应中，控制反应时间和反应条件，可以得到分子量较高的聚合物。
3. 结晶性能：聚合物的结晶性能也会影响内聚强度。
结晶性能较好的聚合物通常具有较高的内聚强度。
通过控制结晶过程，可以提高聚合物的内聚强度。
二、聚合物的粘接强度聚合物的粘接强度是指聚合物与其他材料之间的结合强度。
粘接强度的好坏直接影响着聚合物在各种应用中的性能和稳定性。
优秀的粘接强度可以确保聚合物与其他材料之间的牢固结合，实现各种工程需求。
粘接强度的提高可以通过以下几个方面来实现：1. 表面处理：在粘接前对聚合物表面进行处理，如清洁、去除氧化物、增加表面粗糙度等，可以提高粘接强度。
2. 粘接剂选择：选择合适的粘接剂可以提高粘接强度。
不同的粘接剂适用于不同的聚合物材料，需要根据实际情况进行选择。
3. 粘接条件控制：粘接过程中的温度、压力和时间等条件也会影响粘接强度。
合理控制这些条件可以提高粘接强度。
聚合物的内聚强度和粘接强度在各个领域都有广泛的应用。
在材料领域，聚合物的内聚强度决定了材料的力学性能和耐久性，影响着材料的使用寿命和可靠性。
在工程领域，聚合物的粘接强度决定了材料的连接性能，影响着工程结构的稳定性和安全性。
胶的粘弹性仿真建模经验总结
胶的粘弹性仿真建模经验总结工程中使用的大部分胶黏剂都属于粘弹性材料，其力学行为具有很强的时间相关性，表现出典型的“蠕变”（恒定外力下，材料的变形随加载时间的增加而逐渐增大）或“松弛”（恒定变形下，材料的应力随加载时间的增加而逐渐衰减）现象．上述特性又进一步影响粘接结构的力学行为，导致粘接结构在使用过程中，其结构应力随着加载时间的增加而逐渐变化．因此，合理地分析粘接结构应力分布，必须准确描述胶黏剂的时间相关力学特性．传统只定义弹性模型、泊松比仅对小应力下部分硬的胶水适合。
本文对胶水的粘弹性建模进行总结。
框架： 1. 粘弹性本构模型简介2. 弹性模量、剪切模量、体积模量、泊松比之间的关系3. 有限元建模4. 调研的几款胶水粘弹性模型的材料参数一、粘弹性本构模型简介二、弹性模量、剪切模量、体积模量之间的关系不像金属材料，胶黏剂的线弹性本构模型，有些文献输入的是弹性模量与泊松比。
有些是输入体积模量与剪切模量。
因此需要对这几个概念进行理清。
杨氏模量弹性模量：测试方法：GB/T 1040-2006 或GB/T 528-2009剪切模量的测试标准：ASTM D3983-98 ASTM E 229-1992 结构粘合剂剪切强度和剪切模量的测试方法如上，材料的杨氏模量、泊松比、体积模量和剪切模量四个变量只有两个变量是独立的。
对于金属通常线弹性模型经常输入弹性模量、泊松比是因为这两个参数比好测量或获取。
三. 胶水结构的粘弹性有限元建模粘弹性材料数据源自文献。
后处理：应力场分布后处理：胶与基板的界面线上的应力分布。
红色为不考虑粘弹性影响，蓝色为考虑粘弹性。
从中可看出，两者应力分布存在明显差异。
对粘结剂应力较大或施加应力时间较长，需要考虑其应力松弛或蠕变效应。
粘聚力模型( Cohesive Model ) 应用小结
关于Cohesive模型应用的一些小结学习粘聚力单元时从各种讨论中获益匪浅，现总结自己做过的一些练习模型，希望对大家有所帮助。
里面有很多是论坛中帖子里面的知识，在此对原作者一并谢过。
错误疏漏之处请大家多指正。
这里所有的粘聚力模型都是指Traction-separation-based modeling( The modeling of bonded interfaces in composite materials often involves situations where the intermediate glue material is very thin and for all practical purposes may be considered to be of zero thickness，帮助文献目录为32.5.1-2 )。
模型中参数仅作测试用，没有实际意义。
1.引言及一些讨论粘聚力模型( Cohesive Model )将复杂的破坏过程用两个面之间的‘相对分离位移-力’关系表达。
这种粘聚力关系很大程度上是宏观唯象的，有多种表达形式，如图1-1所示。
图1-1 常见的粘聚力关系Abaqus软件中自带的粘聚力模型为线性三角形(下降阶段可以为非线性)。
其它如指数、梯形等模型主要通过用户单元子程序(UEL/VUEL)实现。
粘聚力模型的形状对某些计算结果( 例如单纯的拉开分层)影响很大。
1.1 粘聚力单元及粘聚力接触粘聚力模型可以通过使用粘聚力单元( Cohesiev Elements )或者粘聚力接触( Cohesive Surfaces )来实现。
在模型和参数都一致的时候，两类方法得到的结果略有差别。
1.2粘聚力单元Abaqus中的粘聚力单元包括3D单元COH3D8，COH3D6；2D单元COH2D4；轴对称单元COHAX4；以及相应的孔压单元。
单元的厚度(分离)方向对于粘聚力单元，一个非常重要的方面是确定单元的厚度(分离)方向( Thickness direction、Stack direction )。
内聚力界面单元在胶接接头分层仿真中的应用
图巾在厚度方向上的ｔ为层间相对位移，初始时界面层 之间的相对位移为０，随着载荷的增加，层问存ｒ相对位移，ｔ 的值在小断的增大，界面单元是建屯在内聚力模型的基础上 的，认为在内聚力尖端有一个内聚力Ⅸ域。本文采用双线性 本构关系仿真界面单冗的刚度降阶，双线性奉构关系如图２。
一～２
０
伊
６‘
ｆ
图２双线性本构关系
铝板胶接接头有限兀模型如图４，此铝板胶接接头有限 元模型总单元数为１１５８２，总节点数为１９００８，其中仿真界面
万方数据
层的单元ＣＯＨ３Ｄ８数日为４５０。 试件约束条件和加载：本文对胶接接头进行静力学分
析，固定约束铝板胶接接头左端端面的自由度，同时在胶接 接头右端附近处定义一个参考点，然后在参考点与右端端面 之间定义刚性耦合关系，斜坡集中力载荷Ｆ直接加载在此参 考点上，沿ｚ方向加载。铝板胶接接头约束和加载如Ｉ冬ｊ ５。
分层损伤过程。针对上：述情况，为提高接头结构承载力，采用零厚度的内聚力界面单元来仿真界面层，克服无法仿真界面层 的困难，对胶接接头的分层损伤过程进行仿真。并与试验结果进行对比，验证方法的有效性。通过仿真分析结果与试验结果 对比可知，仿真分析结果与试验结果吻合较好。因此，运用内聚界面单元仿真界面层方法是有效的，并为复杂胶接接头承载 能力分析提供有力的依据。
２ 内聚力界面单元以及单元失效准则介绍
内聚力实际上是物质原子或分子之间的相ｉ作用力。 采用内聚力模制，通过适当的选取参数，可以反应出界面层 物质的模嚣、强度、韧性等力学性能。本文采用的界面单，已 为无厚度单元，８节点尤厚度界面单元的尔意图如图ｌ。
性降阶的。 随着界面层被拉开的相对位移的增大，界面层的应力经
性应变。 铝试件龌性变形阶段应力和应变名义值与真实值的转
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基于内聚力模型的黏结剂粘接强度仿真
建模经验总结
摘要：界面内聚力模型用于黏结剂粘接强度仿真是一个非常好的建模方法。
这种内力模型的材料参数比较容易通过试验方法反向获取。
即通过测拉伸强度、剪切强度、双臂梁测试的获取载荷与位移关系，在反向优化材料参数。
如果你闲麻烦，有些胶水的内力模型的材料参数文献上也可以找到。
另外，这种建模方法比其他损伤建模方法，对计算资源消耗不是很大。
整个文档框架：1.简要介绍内聚力模型
2. 基于COMSOL 的玻璃与不锈钢的粘结结构建模
3 调研的几种环氧树脂界面内力模型的材料参数
1.简要介绍内聚力模型
以上是简要的理论，如果不能完全理解，需要读者们自行找资料补充。
2. 基于COMSOL 的玻璃与不锈钢的粘结结构建模不失一般性，我们以二维的平面应变模型为例
后处理获取反作用力的方法：
如下，反作用力随位移大小而增加，但大到一定程度时候，力不再增大，说明胶在损伤。
能抵抗多大力与胶内聚力模型中材料参数设置有关。
如果不考虑内聚力模型，将胶与基板绑定连接在一起。
（绑定连接的设置方法如下，将接触对类型改为一致对，并在固体力学里增加连续性边界条件。
）从如下的计算结果可以看出，力随位移逐渐增加，仅从强度理论很难判断胶可承受多大的剪切力。
位移0.017mm 时，反作用力24.18N。
即当前的内聚力模型参数下，高0.8*厚0.7*宽0.9 玻璃块，黏在基板在的粘结力为24.18N。
其中胶水厚度为0.02mm.
不考虑内聚力模型下的应力场分布图
模型价值分析：
需要研究粘结剂的粘接强度，或者大应力下粘接元件之间的相对变形量，将胶视为弹性体或粘弹性体是一个不合理的模型假设。
胶层通常很薄0.3~0.01mm,且剪切和拉伸强度通常较小，受大应力情况下，很容易产生裂纹，材料损伤不能再承受力。
另外，可以利用胶的拉伸、剪切试验或附件模型的实际推力试验，反向修正胶的内聚力模型材料参数。
让模型更具实用性。
3 调研的几种环氧树脂界面内力模型的材料参数胶1：
胶2：
胶3：
胶4：。