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COHESIVE ZONE FINITE ELEMENT-BASED MODELING OF HYDRAULIC FRACTURES 被引量:35
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作者 A.P.Bunger Robert G.Jeffrey 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI 2009年第5期443-452,共10页
Hydraulic fracturing is a powerful technology used to stimulate fluid production from reservoirs. The fully 3-D numerical simulation of the hydraulic fracturing process is of great importance to the efficient applicat... Hydraulic fracturing is a powerful technology used to stimulate fluid production from reservoirs. The fully 3-D numerical simulation of the hydraulic fracturing process is of great importance to the efficient application of this technology, but is also a great challenge because of the strong nonlinear coupling between the viscous flow of fluid and fracture propagation. By taking advantage of a cohesive zone method to simulate the fracture process, a finite element model based on the existing pore pressure cohesive finite elements has been established to investigate the propagation of a penny-shaped hydraulic fracture in an infinite elastic medium. The effect of cohesive material parameters and fluid viscosity on the hydraulic fracture behaviour has been investigated. Excellent agreement between the finite element results and analytical solutions for the limiting case where the fracture process is dominated by rock fracture toughness demonstrates the ability of the cohesive zone finite element model in simulating the hydraulic fracture growth for this case. 展开更多
关键词 hydraulic fracture cohesive zone model finite element method
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水力压裂体积张开度模型 被引量:11
2
作者 王利 孟兵兵 +1 位作者 曹运兴 刘晓 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期887-900,共14页
水力压裂体积张开度是指水力作用引起的单位体积岩石内部张开体积大小,包括孔隙体积张开度和裂缝体积张开度,是进行水力压裂效果预测和评价的重要指标。为了建立孔隙–裂缝融合一体的水力压裂体积张开度模型,提出一个三阶段水力压裂体... 水力压裂体积张开度是指水力作用引起的单位体积岩石内部张开体积大小,包括孔隙体积张开度和裂缝体积张开度,是进行水力压裂效果预测和评价的重要指标。为了建立孔隙–裂缝融合一体的水力压裂体积张开度模型,提出一个三阶段水力压裂体积张开演化过程模型,利用孔隙弹性力学理论和黏聚断裂损伤演化模型,建立三阶段的体积张开度演化表达式。通过将裂缝体积张开度与经典平行板裂缝张开宽度的演化规律进行匹配拟合,将断裂传播机制对裂缝张开度的影响纳入到体积张开度模型。该模型在孔裂隙的弹性张开网络中引入平行板裂缝,实现经典平行板裂缝理论与孔隙弹性理论的有机融合。作为实例,阐明在4种极限断裂传播机制下,如何利用该模型对水力压裂张开度进行评价和预测。 展开更多
关键词 岩石力学 水力压裂 张开度 孔隙弹性 黏聚性断裂 断裂机制
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脆性固体中内聚断裂点阵列的扩张行为及间隔影响 被引量:7
3
作者 周风华 王礼立 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第4期691-701,共11页
建立一个一维模型,分析脆性材料中多个等间距虚拟断裂点在均匀应变率拉伸作用下的扩张断裂过程.采用线弹性波动方程组描述材料内部动力学关系,采用线性内聚力断裂模型(linear cohesive fracture model)描述虚拟断裂点的扩张行为,根据初... 建立一个一维模型,分析脆性材料中多个等间距虚拟断裂点在均匀应变率拉伸作用下的扩张断裂过程.采用线弹性波动方程组描述材料内部动力学关系,采用线性内聚力断裂模型(linear cohesive fracture model)描述虚拟断裂点的扩张行为,根据初始均匀拉伸条件和虚拟裂纹等间距假设给出定解条件,形成一个初边值问题.采用Laplace变换方法求解控制方程组,得到虚拟断裂点扩张过程中内聚应力随时间变化曲线,以及发生完全断裂的临界时间和单位裂纹体(碎片)的临界膨胀位移.在此基础上分析应变率和裂纹间距对碎裂发生时间及单元裂纹体临界膨胀位移的影响.在假设脆性材料在自然碎裂过程中单元裂纹体临界膨胀位移最小的基础上,进一步研究应变率对碎片尺度的影响. 展开更多
关键词 脆性材料 高应变率拉伸 裂纹阵列 内聚力断裂 碎裂 碎片尺度
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混凝土黏聚开裂模型若干进展 被引量:7
4
作者 陈瑛 姜弘道 +1 位作者 乔丕忠 冯新权 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2005年第3期377-390,共14页
黏聚模型是用来描述混凝土断裂行为的基本模型,首先介绍了混凝土的黏聚开裂模型的基本概念,总结了确定黏聚区的本构方程的各种方法,即直接单轴拉伸测试、J积分方法、R曲线法、柔度法和逆推法.然后介绍了黏聚模型在Ⅰ型和复合型裂纹问题... 黏聚模型是用来描述混凝土断裂行为的基本模型,首先介绍了混凝土的黏聚开裂模型的基本概念,总结了确定黏聚区的本构方程的各种方法,即直接单轴拉伸测试、J积分方法、R曲线法、柔度法和逆推法.然后介绍了黏聚模型在Ⅰ型和复合型裂纹问题、疲劳断裂问题中的应用以及黏聚模型与混凝土尺寸效应的关系.最后对黏聚开裂模型与桥联模型、带状裂缝模型进行了比较和总结,指出了该模型存在的问题,并对其以后的发展方向提出了建议. 展开更多
关键词 混凝土 黏聚裂纹 尺寸效应 断裂 疲劳 断裂过程区 裂缝模型 开裂 断裂行为 本构方程
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基于预插黏性界面单元的混凝土细观拉伸断裂过程数值模拟 被引量:8
5
作者 徐海滨 杜修力 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第11期1666-1672,1686,共8页
为确定预插黏性界面单元法模拟混凝土细观拉伸断裂的有效性和适用性,基于黏性裂缝模型理论,在实体单元中嵌入黏性界面单元(cohesive interface elements),对东江拱坝二级配混凝土试件单轴受拉的断裂过程进行数值模拟.按照试件的实际配... 为确定预插黏性界面单元法模拟混凝土细观拉伸断裂的有效性和适用性,基于黏性裂缝模型理论,在实体单元中嵌入黏性界面单元(cohesive interface elements),对东江拱坝二级配混凝土试件单轴受拉的断裂过程进行数值模拟.按照试件的实际配比计算出各种粒径骨料的数目,采用Monte-Carlo法对混凝土骨料进行随机投放,生成试件的随机骨料模型,研究黏性界面单元的网格密度、骨料随机分布形式及界面单元的断裂参数对混凝土宏观力学性能及断裂模式的影响.结果表明:采用黏性界面单元可有效地模拟混凝土材料细观断裂破坏过程和宏观力学性能. 展开更多
关键词 混凝土 黏性界面单元 骨料分布 断裂参数 力学性能
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粘性土体断裂韧度K_(IC)研究 被引量:7
6
作者 张振国 丁金粟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 1993年第3期47-52,共6页
本文提出了利用矩形横截面单侧开缝土试件测定粘性土体断裂韧度K_(IC)的方法,并通过对黄河小浪底水利枢纽工程粘性土试样的K_(IC)值测定,研究了粘性土的干容重、含水量变化对K_(IC)的影响。
关键词 粘性土 断裂韧度 干容重 含水量
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平纹芳纶织物/环氧树脂复合材料抗冲击性能研究 被引量:6
7
作者 刘晓宇 李哲 翟奋楼 《航空制造技术》 2018年第7期89-92,101,共5页
采用试验和数值的方法对30层芳纶织物复合材料的抗冲击性能进行了研究。首先对30层芳纶织物复合材料进行了子弹打靶冲击试验,得到芳纶复合材料在子弹冲击下的鼓包、穿透、纤维断裂等信息;其次,建立复合材料冲击有限元模型,并基于Hashin... 采用试验和数值的方法对30层芳纶织物复合材料的抗冲击性能进行了研究。首先对30层芳纶织物复合材料进行了子弹打靶冲击试验,得到芳纶复合材料在子弹冲击下的鼓包、穿透、纤维断裂等信息;其次,建立复合材料冲击有限元模型,并基于Hashin断裂准则模拟了织物在冲击载荷作用下的失效和断裂行为,采用Cohesive单元模拟材料的变形和层间开裂失效,得到了材料在冲击作用下的位移场、应变场、界面分层、纤维断裂以及子弹的冲击速度变化等信息。最后,对试验测量和有限元分析结果进行对比,分析了复合材料在冲击载荷作用下的能量吸收、能量耗散等抗冲击性能,为材料的工程应用提供参考。 展开更多
关键词 芳纶织物复合材料 Hashin准则 cohesive单元 层间开裂 断裂失效 抗冲击性
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SFRC细观数值建模方法及纤维方向对断裂性能影响的分析 被引量:6
8
作者 卿龙邦 苏怡萌 +2 位作者 喻渴来 慕儒 王苗 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期480-486,共7页
基于钢纤维随机生成算法建立了钢纤维水泥砂浆(SFRC)细观有限元数值模型,将模型不同截面处的钢纤维数量进行统计,与试验统计结果进行了对比。采用粘聚裂纹模型,模拟了钢纤维水泥砂浆弯曲断裂全过程,得到了断裂全过程曲线,研究了纤维分... 基于钢纤维随机生成算法建立了钢纤维水泥砂浆(SFRC)细观有限元数值模型,将模型不同截面处的钢纤维数量进行统计,与试验统计结果进行了对比。采用粘聚裂纹模型,模拟了钢纤维水泥砂浆弯曲断裂全过程,得到了断裂全过程曲线,研究了纤维分布方向对钢纤维水泥砂浆断裂全过程的影响。结果表明:模型截面钢纤维含量与试验统计结果较为一致,提出的钢纤维随机生成算法较为合理;数值模拟得到的全曲线结果与试验结果对比较好;纤维分布方向与主拉应力方向的夹角超过60°时,对复合材料弯曲失效的峰值荷载的增强效果不明显。 展开更多
关键词 钢纤维 水泥基复合材料 随机数 粘聚裂纹 断裂
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硬岩水力定向压裂裂缝扩展对天然裂缝的响应行为
9
作者 王伟澄 黄明清 +1 位作者 黄敏 唐绍辉 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第4期53-61,共9页
水力压裂是硬岩金属矿山崩落法开采的关键预处理手段,但矿体中天然裂隙的存在限制了水力裂缝定向扩展与空间展布形态。为研究在含天然裂缝的铜矿体中天然裂缝的长度和水平距离对定向水力裂缝扩展路径的影响,利用ABAQUS建立了嵌入黏聚力... 水力压裂是硬岩金属矿山崩落法开采的关键预处理手段,但矿体中天然裂隙的存在限制了水力裂缝定向扩展与空间展布形态。为研究在含天然裂缝的铜矿体中天然裂缝的长度和水平距离对定向水力裂缝扩展路径的影响,利用ABAQUS建立了嵌入黏聚力单元的有限元模型,模拟不同天然裂缝长度和水平距离条件下的水力压裂行为。结果表明,天然裂缝的长度和水平距离对裂缝的扩展具有积极影响。天然裂缝长度与水力裂缝扩展半径呈指数关系,天然裂缝水平距离与水力裂缝扩展半径呈线性关系。在0~1.5 MPa低地应力差条件下,随着天然裂缝水平距离的减少或天然裂缝长度的增加,水力裂缝的扩展半径越大。研究结果对硬岩天然裂缝条件下的水力压裂裂缝定向扩展与调控有积极的指导意义。 展开更多
关键词 黏聚力单元 裂缝扩展 天然裂缝 水力裂缝 孔隙发育
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纤维增强复合材料多模式内聚断裂的相场模型 被引量:1
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作者 粟海波 陈波潓 +1 位作者 吴熙 王亮 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期301-308,共8页
经典的断裂相场法是基于脆性断裂理论建立的变分方法,因此其无法准确描述复合材料的准脆性断裂行为。基于此,提出了一种多相场模型来描述纤维增强复合材料的多模式内聚断裂行为。通过对各向异性相场驱动力和损伤本构关系的合理定义,提... 经典的断裂相场法是基于脆性断裂理论建立的变分方法,因此其无法准确描述复合材料的准脆性断裂行为。基于此,提出了一种多相场模型来描述纤维增强复合材料的多模式内聚断裂行为。通过对各向异性相场驱动力和损伤本构关系的合理定义,提出了一种混合型内聚断裂相场模型,并通过推导得到了相应的演化方程与强度准则。采用该模型进行了3种复合材料板的裂纹扩展及失效仿真,结果表明,所提出的多相场模型能够有效模拟复合材料的多模式内聚断裂行为,具有较高的应用价值。 展开更多
关键词 复合材料 相场模拟 内聚断裂 失效机理
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基于内聚力行为和扩展有限元的砂/树脂复合材料拉伸失效行为的数值计算 被引量:5
11
作者 冀运东 郑凯东 +2 位作者 曹东风 王遥 钟飞升 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2851-2859,共9页
基于砂/树脂断裂与砂树脂界面脱粘失效行为的砂/树脂三维微细观单胞模型被构建,用于研究砂/树脂在拉伸载荷作用下的微观应力特征、树脂粘结桥的损伤破坏模式及微观结构(树脂含量、砂粒粒径、砂粒级配及粘结桥有效横截面积比)对其宏观拉... 基于砂/树脂断裂与砂树脂界面脱粘失效行为的砂/树脂三维微细观单胞模型被构建,用于研究砂/树脂在拉伸载荷作用下的微观应力特征、树脂粘结桥的损伤破坏模式及微观结构(树脂含量、砂粒粒径、砂粒级配及粘结桥有效横截面积比)对其宏观拉伸强度的影响。该三维微细观单胞模型采用内聚力行为方法刻画粘结砂/树脂界面的失效,采用扩展有限元方法(Extented finite element,XFEM)捕捉树脂基体损伤和裂纹扩展。计算结果表明:所构建的三维微细观单胞模型能够显式刻画砂/树脂微细观结构断裂过程,解释微细观结构断裂机制,能够有效地提供树脂含量、砂粒粒径、砂粒级配、粘结桥有效横截面积比等微细观结构对砂/树脂宏观拉伸强度(St)影响的信息,可为砂/树脂优化设计提供理论指导。 展开更多
关键词 砂/树脂 单胞模型 内聚力行为 扩展有限元 粘结桥 断裂过程
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脆性聚甲基丙烯酸甲酯板动态裂纹传播有限元模拟 被引量:4
12
作者 张振亚 麻鸳鸳 周风华 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期872-878,共7页
开发了包含内聚力单元模型的用户材料子程序,嵌入商用有限元软件ABAQUS,采用显式求解模块模拟预加载的脆性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板中动态裂纹传播行为。在模拟过程中采用了刚性线性衰减的内聚力准则,分别考虑了率无关和率相关两种情... 开发了包含内聚力单元模型的用户材料子程序,嵌入商用有限元软件ABAQUS,采用显式求解模块模拟预加载的脆性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板中动态裂纹传播行为。在模拟过程中采用了刚性线性衰减的内聚力准则,分别考虑了率无关和率相关两种情况。模拟结果表明:在相同的预加载荷下,采用率无关内聚力模型计算的裂纹传播速度在绝大部分情况下大于实验测试值,只在高速时二者基本一致;采用率相关内聚力模型,所得到的模拟结果与实验结果基本吻合,这说明率相关内聚力模型可以反映快速裂纹传播时的裂纹尖端复杂率过程。 展开更多
关键词 固体力学 内聚力单元 动态断裂 ABAQUS 聚甲基丙烯酸甲酯 率相关内聚力断裂模型
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基于cohesive单元海域天然气水合物储层水力压裂模拟 被引量:3
13
作者 蒋亚峰 田英英 +7 位作者 李小洋 韩泽龙 张欣 赵明 刘聃 尤志伟 梁金强 黄伟 《钻探工程》 2023年第1期18-25,共8页
天然气水合物作为一种高效清洁能源,广泛分布于我国南海海域的沉积地层中。我国先后于2017年和2020年成功开展了2次试开采,但由于海域天然气水合物特殊的赋存条件,单井水合物试采仍然面临着开采范围小、高产稳产时间短等问题。为了提高... 天然气水合物作为一种高效清洁能源,广泛分布于我国南海海域的沉积地层中。我国先后于2017年和2020年成功开展了2次试开采,但由于海域天然气水合物特殊的赋存条件,单井水合物试采仍然面临着开采范围小、高产稳产时间短等问题。为了提高水合物的开采范围,基于cohesive单元进行了水合物储层二维水力压裂数值模型研究,比较了100 m×100 m和20 m×20 m两种模型的裂缝半长和宽度,得出了当注入压力为25 MPa时,压裂裂缝半长均为6 m,最大宽度分别为5.8、5.5 mm,构建尺寸较大的模型得出的实验结果更加准确。并且研究了裂缝宽度随注入时间的变化规律,随着注入压力和注入量的不断增加,初期裂缝宽度急速变大,后续在地应力和注入流体压力的共同作用下裂缝出现“阶梯式”的扩展规律。该研究在页岩气和煤层气等非常规能源储层水力压裂模型分析中得到了成功运用,为海域天然气水合物储层水力压裂提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 海域天然气水合物 储层 水力压裂 cohesive单元 数值模拟 裂缝形态 扩展机理
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水平井分簇压裂数值模拟
14
作者 李紫妍 林天 欧阳雯 《云南化工》 CAS 2024年第4期125-128,131,共5页
在水平井分簇压裂中,压裂液不均匀分配导致水力裂缝不均匀扩展,直接影响了页岩储层开采效果。基于有限元法建立了考虑储层非均质性的水平井分簇压裂数值模型,通过全局嵌入0厚度内聚单元,模拟水力裂缝随机扩展;结合概率密度函数,随机分... 在水平井分簇压裂中,压裂液不均匀分配导致水力裂缝不均匀扩展,直接影响了页岩储层开采效果。基于有限元法建立了考虑储层非均质性的水平井分簇压裂数值模型,通过全局嵌入0厚度内聚单元,模拟水力裂缝随机扩展;结合概率密度函数,随机分配内聚单元网格的弹性模量、抗拉强度来表征页岩储层的非均质性。在此基础上,研究了排量和非均质性对分簇压裂裂缝扩展规律的影响。结果表明:储层非均质性越强,水力裂缝受缝间应力干扰作用越明显,其扩展形态也越复杂;注入排量较高有利于降低裂缝复杂性,实现水力裂缝均匀扩展。 展开更多
关键词 水力裂缝 有限元 cohesive 非均质 水力压裂 排量
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3D Nonlinear XFEM Simulation of Delamination in Unidirectional Composite Laminates: A Sensitivity Analysis of Modeling Parameters 被引量:3
15
作者 Damoon Motamedi Abbas S. Milani 《Open Journal of Composite Materials》 2013年第4期113-126,共14页
This article presents a three-dimensional extended finite element (XFEM) approach for numerical simulation of delamination in unidirectional composites under fracture mode I. A cohesive zone model in front of the crac... This article presents a three-dimensional extended finite element (XFEM) approach for numerical simulation of delamination in unidirectional composites under fracture mode I. A cohesive zone model in front of the crack tip is used to include interface material nonlinearities. To avoid instability during simulations, a critical cohesive zone length is defined such that user-defined XFEM elements are only activated along the crack tip inside this zone. To demonstrate the accuracy of the new approach, XFEM results are compared to a set of benchmark experimental data from the literature as well as conventional FEM, mesh free, and interface element approaches. To evaluate the effect of modeling parameters, a set of sensitivity analyses have also been performed on the penalty stiffness factor, critical cohesive zone length, and mesh size. It has been discussed how the same model can be used for other fracture modes when both opening and contact mechanisms are active. 展开更多
关键词 Composite Materials fracture Properties Double CANTILEVER Beam Extended Finite Element cohesive ZONE Model
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HTPB推进剂粘聚区本构模型反演识别研究 被引量:4
16
作者 韩波 鞠玉涛 周长省 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1335-1341,共7页
端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在拉伸过程中裂尖存在一个明显的非线性粘聚区,粘聚区本构模型的精度影响着推进剂装药裂纹起裂和扩展过程的数值仿真结果。为了准确地获得HT-PB推进剂的粘聚区本构模型,建立了基于实验的反演识别方法,该方法... 端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在拉伸过程中裂尖存在一个明显的非线性粘聚区,粘聚区本构模型的精度影响着推进剂装药裂纹起裂和扩展过程的数值仿真结果。为了准确地获得HT-PB推进剂的粘聚区本构模型,建立了基于实验的反演识别方法,该方法通过实验获取粘聚区断裂能和断裂强度参数,使用有限元模型更新方法得到粘聚区本构曲线形式参数。将获得的本构模型应用于裂纹起裂和扩展过程仿真,研究结果表明所建立的粘聚区本构参数获取方法简单可行;所获得的粘聚区本构参数可以准确地模拟出HTPB推进剂裂纹起裂和扩展过程。 展开更多
关键词 航空 航天推进系统 推进剂 粘聚区 反演识别法 有限元 断裂力学
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The effects of interfacial strength on fractured microcapsule 被引量:4
17
作者 Luthfi Muhammad MAULUDIN Chahmi OUCIF 《Frontiers of Structural and Civil Engineering》 SCIE EI CSCD 2019年第2期353-363,共11页
The effects of interfacial strength on fractured microcapsule are investigated numerically. The interaction between crack and microcapsule embedded in mortar matrix is modeled based on cohesive approach. The microcaps... The effects of interfacial strength on fractured microcapsule are investigated numerically. The interaction between crack and microcapsule embedded in mortar matrix is modeled based on cohesive approach. The microcapsules are modelled with variation of core-shell thickness ratio and potential cracks are represented by pre-inserted cohesive elements along the element boundaries of the mortar matrix, microcapsules core, microcapsule shell, and at the interfaces between these phases. Special attention is given to the effects of cohesive fracture on the microcapsule interface, namely fracture strength, on the load carrying capacity and fracture probability of the microcapsule. The effect of fracture properties on microcapsule is found to be significant factor on the load carrying capacity and crack propagation characteristics. Regardless of core-shell thickness ratio of microcapsule, the load carrying capacity of self-healing material under tension increases as interfacial strength of microcapsule shell increases. In addition, given the fixed fracture strength of the interface of microcapsule shell, the higher the ratio core-shell thickness, the higher the probability of microcapsules being fractured. 展开更多
关键词 INTERFACIAL strength cohesive elements MICROCAPSULE CORE-SHELL thickness RATIO fracture properties
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Investigation of FRP and SFRC Technologies for Efficient Tunnel Reinforcement Using the Cohesive Zone Model
18
作者 Gang Niu Zhaoyang Jin +1 位作者 Wei Zhang Yiqun Huang 《Structural Durability & Health Monitoring》 EI 2024年第2期161-179,共19页
Amid urbanization and the continuous expansion of transportation networks,the necessity for tunnel construction and maintenance has become paramount.Addressing this need requires the investigation of efficient,economi... Amid urbanization and the continuous expansion of transportation networks,the necessity for tunnel construction and maintenance has become paramount.Addressing this need requires the investigation of efficient,economical,and robust tunnel reinforcement techniques.This paper explores fiber reinforced polymer(FRP)and steel fiber reinforced concrete(SFRC)technologies,which have emerged as viable solutions for enhancing tunnel structures.FRP is celebrated for its lightweight and high-strength attributes,effectively augmenting load-bearing capacity and seismic resistance,while SFRC’s notable crack resistance and longevity potentially enhance the performance of tunnel segments.Nonetheless,current research predominantly focuses on experimental analysis,lacking comprehensive theoretical models.To bridge this gap,the cohesive zone model(CZM),which utilizes cohesive elements to characterize the potential fracture surfaces of concrete/SFRC,the rebar-concrete interface,and the FRP-concrete interface,was employed.A modeling approach was subsequently proposed to construct a tunnel segment model reinforced with either SFRC or FRP.Moreover,the corresponding mixed-mode constitutive models,considering interfacial friction,were integrated into the proposed model.Experimental validation and numerical simulations corroborated the accuracy of the proposed model.Additionally,this study examined the reinforcement design of tunnel segments.Through a numerical evaluation,the effectiveness of innovative reinforcement schemes,such as substituting concrete with SFRC and externally bonding FRP sheets,was assessed utilizing a case study from the Fuzhou Metro Shield Tunnel Construction Project. 展开更多
关键词 Tunnel segment FRP SFRC cohesive zone model constitutive model fracture process
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基于内聚力模型的混凝土断裂性能三维细观模拟
19
作者 田亮 孟俊良 +3 位作者 赵健 樊立龙 王宇宁 张诚至 《工业建筑》 2024年第9期170-176,共7页
细观力学建模是研究混凝土宏观力学性能的有效手段。采用ABAQUS有限元软件以及cohesive内聚力单元,建立了嵌入内聚力单元的混凝土三维细观模型,模拟了静态及动态压缩下混凝土试件的开裂过程,并与试验加载得到的各阶段裂纹扩展状态进行... 细观力学建模是研究混凝土宏观力学性能的有效手段。采用ABAQUS有限元软件以及cohesive内聚力单元,建立了嵌入内聚力单元的混凝土三维细观模型,模拟了静态及动态压缩下混凝土试件的开裂过程,并与试验加载得到的各阶段裂纹扩展状态进行了对比验证。在有效数值模型的基础上建立了基于内聚力单元的脆性断裂本构关系,并计算了损伤演化值。研究结果表明:不同破坏阶段的模型应力变化特征明显,与混凝土的宏观强度基本相符;不同组分的破坏模式差异显著,且内部骨料开始破坏时的抗压强度最高,数值模拟所得的混凝土试件破坏状态与试验结果基本一致;通过基于能量参数的指数型演化方式对损伤变量进行了计算,验证了基于脆性断裂的本构模型可有效预测混凝土试件的破坏过程。 展开更多
关键词 三维细观模型 内聚力单元 脆性断裂 本构关系 损伤演化
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基于晶体塑性与内聚力模型的Cu-Ni-Si合金晶界起裂研究
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作者 陶蒙 于培师 赵军华 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1184-1191,共8页
金属材料的宏观失效行为与其微结构的损伤演化密切相关。除了原位加载实验观察以外,利用先进的数值方法对其微结构的演化进行模拟预测,逐渐成为研究金属材料多尺度损伤演化机制的有效工具。目前对于多晶金属晶粒内部的位错运动可以利用... 金属材料的宏观失效行为与其微结构的损伤演化密切相关。除了原位加载实验观察以外,利用先进的数值方法对其微结构的演化进行模拟预测,逐渐成为研究金属材料多尺度损伤演化机制的有效工具。目前对于多晶金属晶粒内部的位错运动可以利用晶体塑性有限元法进行准确模拟,但对于位错导致的损伤累积和微裂纹萌生模拟依然存在较大挑战。对于大多数金属多晶材料,位错通常在晶界处塞积导致应力集中,进而在晶界处开裂。因此,实现整个过程的模拟需要构建能够同时描述位错运动与晶界开裂的数值模型。针对此问题,将晶体塑性有限元与内聚力模型相结合,实现了材料微观变形-损伤的统一描述,并建立了描述位错运动与晶界开裂的整体有限元模型。随后,以多晶Cu-Ni-Si合金为研究对象,模拟了材料从变形、起裂、裂纹扩展到断裂的微结构演化过程,并揭示了局部沿晶断裂到整体失效的机制,阐明了晶粒取向对初始断裂位置与裂纹扩展的影响。该模型为各类金属材料失效行为的多尺度损伤演化模拟提供了可行的技术基础。 展开更多
关键词 晶体塑性 内聚力 有限元模拟 多晶金属 变形断裂
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