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基于相场法的周期性多孔结构断裂行为研究

         
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摘要

周期性多孔结构具有质量轻、比密度低、比强度高、隔音等优良特点,同时也能很好地满足结构-功能一体化的需求,在许多领域具有广泛的应用前景.目前,对周期性多孔结构在复杂载荷下的力学响应和断裂行为的研究较少.采用细观力学和相场方法相结合,基于二维代表性体积单元RVE模型,施加能实现比例加载的周期性边界条件,研究周期性多孔结构在复杂多轴比例加载状态下的裂纹萌生位置、断裂模式、承载极限及其变化规律.本文的数值模拟结果表明:首先,周期性多孔结构在竖直方向拉伸载荷作用下,裂纹均从孔边萌生并沿水平方向同步扩展;其次,在双轴载荷作用下,随着水平载荷的增加,结构在竖直方向的极限拉伸载荷逐渐增大;当双轴拉伸载荷等值时,结构的抗拉强度达到最大,此时断裂模式呈现为十字正交型开裂;最后,面内剪切应力的引入会导致结构的拉伸强度极限降低,孔边裂纹的萌生位置和扩展路径发生偏移,裂纹模式从单S型转变为双弧线型,裂纹向水平位置上相邻的孔洞扩展.随着水平载荷的增加,裂纹模式最终转变为斜裂纹,从孔边对角线位置萌生并沿着45°方向扩展.

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