用于复合材料层合板分层建模的无内聚区限制的结构内聚单元
计算工程、金融与科学
2025-10-30 v1 数值分析
数值分析
摘要
分层是复合材料层合板中发生在层间的一种关键失效模式。基于内聚区模型开发的内聚单元被广泛用于分层建模。然而，标准内聚单元存在一个众所周知的网格密度限制——单元尺寸必须远小于内聚区尺寸。本文开发了一套新的单元，用于在三维空间中建模复合材料层合板的铺层及其界面。针对正交各向异性材料，开发了一种三角形Kirchhoff-Love壳单元来建模铺层。开发了一种与铺层壳单元一致的结构内聚单元来建模界面分层。所提出的方法在单向层合板的I型、II型和混合型分层的经典基准问题以及多向层合板的单腿弯曲问题上得到了验证和确认。所有结果表明，所提出模型中的单元尺寸可以比标准内聚单元模型中的大十倍，CPU时间减少超过90%，同时保持预测精度。这将使得复合材料分层的建模更加有效和高效，而无需担心网格密度上的内聚区限制。
引用
@article{arxiv.2405.17018,
title = {Structural cohesive element for the modelling of delamination in composite laminates without the cohesive zone limit},
author = {Xiaopeng Ai and Boyang Chen and Christos Kassapoglou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.17018},
year = {2025}
}