基于数字图像相关技术的内聚力模型参数反演识别

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胶接技术与其他传统连接方式相比,以其能够得到平滑的结构表面,实现应力的均匀传递,完成相同或不同材料之间的连接等等一系列优点,而被广泛地应用于航空航天、机械、汽车及电子等领域。但随之而来的脱胶破坏、界面开裂以及分层成为含界面材料最终失效的主要损伤类型之一,因此,在工程应用中对粘接结构的界面力学性能的评估显得尤为重要。在理论方面提出了诸多用来描述界面力学性能的理论模型,其中就包括已被广泛应用于各种粘接界面开裂、韧性开裂及复合材料界面脱层等领域中的内聚力模型。内聚力模型参数的获取是模型成功应用于各工程领域的前提,因此,如何获取粘接界面参数,是一个值得对其进行深入探讨的问题。  针对上述问题,本文基于粘接结构相关的实验结果,建立了能够反映材料特性的理论模型与有限元模拟相结合,引入反演分析方法来对表征粘接界面力学性能的界面参数进行反演识别。本文的主要工作包含以下几个方面:  (1)设计了6061-6T铝合金胶接双悬臂梁(DCB)的单轴拉伸试验,获得加载点的载荷-位移曲线,在实验的同时采用非接触全场应变测量系统(Vic-3D)来记录试样变形的全过程,测量得到整个实验过程中裂纹尖端区域的位移场及应变场。  (2)基于内聚力模型的基本理论,通过ABAQUS用户单元自定义子程序(UEL),编写了内聚力模型的子程序来对界面的损伤和失效进行了模拟分析。通过建立嵌入内聚力单元的有限元模型,模拟与实验相同工况下DCB界面的损伤断裂过程。  (3)提出了一种基于Nelder-Mead(N-M)优化算法的反演分析方法,用于获取粘接界面内聚力模型参数。以DIC测量获取DCB实验的裂纹尖端局部位移信息为依据,结合有限元模拟相应工况下的位移信息,建立目标函数优化模型,对内聚力模型参数进行反演识别。将反演的参数重新导入 DCB有限元模型计算加载点的载荷-张开位移曲线,对模拟结果与实验结果进行适定性验证。
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