机械工程学报

作者：陶翀骢, 张超, 季宏丽, 裘进浩

单位：南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室 南京 210016

关键词：内聚力模型,牵引-分离曲线,双悬臂梁,纤维增强复合材料,分层模拟；

基金：国家自然科学基金资助项目(52235003，52575181，52205159，52175141)。

内聚力模型被广泛应用于复合材料分层模拟分析，其关键参数包括层间强度、断裂韧性和牵引-分离曲线的形状。其中前两者对分层扩展行为的影响及相关的重演算法已多有报道，在非线性断裂过程中，牵引-分离曲线的形状对分层模拟结果具有重要的影响，但是针对该特性的测试通常需要采用如数字图像相关技术(Digital image correlation, DIC)等特殊设备，且尚未形成标准化的提取方法。提出一种针对I型裂纹内聚力牵引-分离曲线的重构方法，一方面，采用限元法迭代更新内聚力区域内的裂纹张开量(Crack opening displacement, COD)，结合J积分计算分层扩展的能量释放率；另一方面，采用双悬臂梁(Double cantilever beam, DCB)理论公式计算裂纹前沿的能量释放率，基于Dugdale条件建立了基于能量释放率的平衡关系；最终，采用梯度下降算法实现牵引-分离曲线的重构。该方法只需要采用DCB的力-位移数据作为输入，无需物理测量分层尖端的裂纹张开位移，避免了DIC等特殊设备的使用。针对式指数型、梯形和分段线性形式的牵引-分离曲线，开展了验证性虚拟试验，分析了力-位移数据量、有限元网格尺寸和测试噪声对重构结果的影响，验证了所提出重构方法的有效性和适用性。

来源：2025年第24期

《机械工程学报》期刊编辑部

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