设计仿真 | Marc 复合材料分层仿真分析

01 背景

通过虚拟裂纹闭合技术（VCCT）的裂纹扩展，以及使用界面元素的内聚区模型的损伤演化，研究了厚复合材料结构中的分层问题。复合材料有四层，在第3层和第4层之间有一个初始缺陷。结构承受压缩载荷，导致零件在初始缺陷处屈曲。 

VCCT模型通过“粘接失效”选项定义初始缺陷。缺陷处的节点应定期接触（以避免穿透）。通过将它们识别为“粘接失效”区域的一部分，告诉程序让它们进行常规接触，即使它们是粘合界面的一部分。

在VCCT情况下，两个部件刚性连接，直到出现裂纹扩展。通过界面元件，在部件之间存在弹性层。

使用VCCT，零件具有完美的结合，直到出现裂纹扩展。用户输入裂纹扩展阻力（Gc）以指示裂纹何时应扩展，此处（Gc）被视为裂纹性质，粘性区模型在界面中使用弹性层，这也会影响结构在发生任何损坏之前的变形。为内聚材料定律输入的内聚能量（也称为Gc）被视为界面元素的材料性质，在VCCT情况下，这种内聚能与裂纹扩展阻力之间的关系是，两者都与分裂材料所需的能量有关。

02设置

图1显示了识别出不同接触体的模型，顶部具有更精细的网格，以便准确描述缺陷区域并允许裂纹扩展。

图1 VCCT计算模型

在图2中，显示了顶部的底面，胶失活区域和裂缝前缘。

图2 模型底面

可以在Mentat中找到“粘接失效”设置，如下所示：

图3 接触区域属性菜单

裂缝的产生方式如下。在这里，选择要VCCT的应用程序，并在VCCT裂纹扩展属性菜单中填写裂纹扩展的设置（见图4）。我们确保将初始裂纹扩展模式设置为“直接”，将裂纹扩展方法设置为“释放约束”，并输入裂纹扩展阻力（Gc=7×106 N/m），以确定何时应出现裂纹扩展。

图4 裂缝属性菜单

图5 VCCT裂纹扩展属性菜单

03结果

图6和图7显示了模型的变形形状和胶层的接触状态。钢板向下弯曲，缺陷区域弯曲。当然，这会随VCCT和粘性材料的选定值而变化。

图6 VCCT的整体变形形状

图7 复合材料接触状态