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基于XFEM与Cohesive模型分析PBX裂纹产生与扩展
Analysis of Crack Initiation and Growth in PBX Energetic Material using XFEM-based Cohesive Method
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中文摘要:
      利用扩展有限元法(XFEM)分析PBX-9502带孔板状试件在整体压缩下由局部裂纹萌生到裂纹扩展全过程的开裂破坏机理。采用应力状态相关的强度面、非关联流动法则及Cohesive模型, 描述了材料在复杂应力状态下的非线性本构行为以及材料的破坏行为。进行了数值模拟结果与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)试验结果的对比。结果表明, 含孔洞的平板在整体压应力环境下孔洞周围产生局部拉伸应力,这种拉伸条件导致局部裂纹萌生。数值模拟的裂纹发展趋势与试验结果相吻合,包括裂纹时程的整体走势和拐点、启裂时刻、裂纹初期扩展速度等。基于扩展有限元方法和内聚模型法,可模拟高聚物粘结炸药(PBX)含能材料的裂纹萌生、扩展。
中文关键词: 扩展有限元(XFEM)  Cohesive模型  高聚物粘结炸药(PBX)  裂纹  扩展  机理
英文摘要:
      The extended finite element method(XFEM)is applied to analyze the cracking failure mechanism of the whole process from local crack initiation to crack growth, in the PBX-9502 platelike specimen with cavity subjected to overall compression. The nonlinear constitutive behaviors and failure of PBX under complex stress states were described by means of stress state dependent strength surface, non-associated flow rule and cohesive model. Comparison between the numerical simulation results and Los Alamos National Laboratory(LANL)test ones was carried out. Results show that the plate with cavity produce local tensile stress around cavity in the overall compression environment and this tension condition leads to local cracking initiation. The overall development trend of numerical simulation for cracking is in agreement with experimental results, including overall trend of crack history, feature of crack-time curve, crack initiation moment, crack initial speed, etc. Based on the XFEM and cohesive model method, the crack initiation and growth of PBX energetic materials can be simulated.
英文关键词: extended finite element method(XFEM)  cohesive model  polymer bonded explosive  crack  growth  mechanism
DOI:10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.013
基金项目:国家自然科学基金资助(11472257)、国家重点研发计划资助(2016YFB0201004)、科学挑战计划资助(JCKY2016212A502)以及国防基础科研计划资助(C1520110002)
引用文献:黄西成,李尚昆,魏强,田荣,陈成军,王理想,柳明.基于XFEM与Cohesive模型分析PBX裂纹产生与扩展[J].含能材料,2017,25(8):694~700
作者单位E-mail
黄西成 中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川 绵阳 621999 huangxc@caep.cn 
李尚昆 中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川 绵阳 621999  
魏强 中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川 绵阳 621999  
田荣 中物院高性能数值模拟软件中心, 北京 100088  
陈成军 中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川 绵阳 621999  
王理想 中物院高性能数值模拟软件中心, 北京 100088  
柳明 中国工程物理研究院总体工程研究所, 四川 绵阳 621999  
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