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TheoreticalandComputationalAspectsofCohesiveZoneModeling NAMASCHANDRADepartmentofMechanicalEngineeringFAMU FSUCollegeofEngineeringFloridaStateUniversityTallahassee Fl 32310 1 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 2 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 FractureMechanics Linearsolutionsleadstosingularfields difficulttoevaluateFracturecriteriabasedonNon lineardomain solutionsarenotuniqueAdditionalcriteriaarerequiredforcrackinitiationandpropagationBasicbreakdownoftheprinciplesofmechanicsofcontinuousmediaDamagemechanics caneffectivelyreducethestrengthandstiffnessofthematerialinanaveragesense butcannotcreatenewsurface 3 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 CZMcancreatenewsurfaces Maintainscontinuityconditionsmathematically despitethephysicalseparation CZMrepresentsphysicsofthefractureprocessattheatomicscale Itcanalsobeperceivedatthemeso scaleastheeffectofenergydissipationmechanisms energydissipatedbothintheforwardandthewakeregionsofthecracktip Usesfractureenergy obtainedfromfracturetests 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CohesivestressintheCZMisequatedtoyieldstressYAnalyzedforplasticzonesizeforplatesundertensionLengthofyieldingzone s theoreticalcracklength a andappliedloading T arerelatedintheform Dugdale D S 1960 J Mech Phys Solids 8 p 100 8 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 ThetheoryofCZMisbasedonsoundprinciples HoweverimplementationofmodelforpracticalproblemsgrewexponentiallyforpracticalproblemswithuseofFEMandadventoffastcomputing Modelhasbeenrecastasaphenomenologicaloneforanumberofsystemsandboundaryvalueproblems Thephenomenologicalmodelscanmodeltheseparationprocessbutnottheeffectofatomicdiscreteness Hillerborgetal 1976Ficticiouscrackmodel concreteBazantetal 1983crackbandtheory concreteMorganetal 1997earthquakerupturepropagation geomaterialPlanasetal 1991 concreteEisenmenger 2001 stonefragm entationsqueezing byevanescentwaves brittle biomaterialsAmruthrajetal 1995 composites Grujicic 1999 fracturebeha viorofpolycrystalline bicrystalsCostanzoetal 1998 dynamicfr Ghosh2000 Interfacialdebo nding compositesRahulkumar2000viscoelasticfracture polymersLiechti2001Mixed mode time depend rubber metaldebondingRavichander 2001 fatigue Tevergaard1992particle matrixinterfacedebondingTvergaardetal1996elastic plasticsolid ductilefrac metalsBrocks2001crackgrowthinsheetmetalCamachobiomaterials 9 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 CZMessentiallymodelsfractureprocesszonebyalineoraplaneaheadofthecracktipsubjectedtocohesivetraction Theconstitutivebehaviorisgivenbytraction displacementrelationship obtainedbydefiningpotentialfunctionofthetype where arenormalandtangentialdisplacementjump Theinterfacetractionsaregivenby y 10 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 11 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 12 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 Whatistherelationshipbetweenthephysics mechanicsoftheseparationprocessandshapeofCZM Thereareasmanyshapes equationsastherearenumberofinterfaceproblemssolved WhatistherelationshipbetweenCZMandfracturemechanicsofbrittle semi brittleandductilematerials WhatistheroleofscalingparameterinthefidelityofCZMtomodelinterfacebehavior Whatisthephysicalsignificanceof ShapeofthecurveC tmaxandinterfacestrength Separationdistance sepandCOD Areaunderthecurve workoffracture fracturetoughnessG localandglobal CriticalIssuesintheapplicationofCZMtointerfacemodels 13 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 CZMisanexcellenttoolwithsoundtheoreticalbasisandcomputationalease Lackspropermechanicsandphysicsbasedanalysisandevaluation Alreadywidelyusedinfracture fragmentation failure 14 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 15 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 16 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 17 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 Constructsymmetrictiltboundaries STDB byrotatingasinglecrystal reflection PeriodicboundaryconditioninXdirectionRestrainfewlayersinlowercrystalApplybodyforceontopcrystal 18 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 AsmallportionofCSLgrainbounarybeforeAndafterapplicationoftangentialforce ShetC LiH ChandraN InterfacemodelsforGBslidingandmigrationMATERSCIFORUM357 3 577 5852001 19 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 AsmallportionofCSLgrainboundarybeforeAndafterapplicationofnormalforce 20 课件部分内容来源于网络 如有异议侵权的话可以联系删除 可编辑版 Summarycompletedebondingoccurswhenthedistanceofseparationreachesavalueof2to3 For 9bicrystaltangentialworkofseparationalongthegrainboundaryisoftheorder3andnormalworkofseparationisoftheorder2 6 For 3 bicrystal theworkofseparationrangesfrom1 5to3 7 Roseetal 1983 havereportedthattheadhesiveenergy workofseparation foraluminumisoftheorder0 5andtheseparationdistance2to3Measuredenergytofracturecopperbicrystalwithrandomgrainboundaryisoftheorder54andfor 11copperbicrystaltheenergytofractureismorethan8000 ImplicationsThenumericalvalueofthecohesiveenergyisverylowwhencomparedtotheobservedexperimentalresultsAtomisticsimulationgivesonlysurfaceenergyignoringtheinelasticenergiesduetoplasticityandothermicroprocesses Itshouldalsobenotedthattheexper imentalvalueoffractureenergyincludestheplasticworkinadditiontoworkofseparation J RRiceandJ SWang 1989 21 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