再次，裂紋最先出現(xiàn)在沖頭刃口附近的對(duì)稱面區(qū)域，隨后沿著損傷最大的路徑向自由面擴(kuò)展，這與實(shí)驗(yàn)觀察到的撕裂形貌是吻合的。
作者的初始數(shù)值模型：
SEM實(shí)驗(yàn)的斷口特征：
數(shù)值框架實(shí)現(xiàn)流程圖：
考慮梯度效應(yīng)的影響效果:
結(jié)果表明，引入應(yīng)變梯度效應(yīng)后，局部應(yīng)力水平明顯提高，材料在剪切區(qū)內(nèi)的損傷演化也明顯加快。
變速處理后疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試演示及裂紋形貌圖
03
為仿真提供真實(shí)世界的數(shù)據(jù)輸入
理論中的“斷裂內(nèi)聚長(zhǎng)度”概念，可用于研究橡膠復(fù)合材料的損傷準(zhǔn)則、評(píng)估材料的缺陷敏感程度。
核心測(cè)試
疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試、動(dòng)態(tài)變載荷循環(huán)疲勞拉伸、最大撕裂能測(cè)試、本征強(qiáng)度測(cè)試。
工程價(jià)值
量化材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率與裂紋萌生壽命，確定其耐久極限，為基于物理機(jī)理的疲勞壽命預(yù)測(cè)模型提供關(guān)鍵輸入。
疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試示意圖
粘彈性、粘滯生熱與熱力學(xué)屬性
表征材料對(duì)時(shí)間、頻率和溫度的依賴性，對(duì)于預(yù)測(cè)動(dòng)態(tài)工況下的性能與生熱至關(guān)重要。
預(yù)判“異質(zhì)結(jié)構(gòu)”的失效起點(diǎn)：
靜態(tài)蠕變裂紋擴(kuò)展與多軸測(cè)試
針對(duì)綜述中重點(diǎn)提及的異質(zhì)模量組分與機(jī)械互鎖等結(jié)構(gòu)工程策略，靜態(tài)蠕變測(cè)試能揭示在持續(xù)應(yīng)力下，裂紋是否傾向于在模量過(guò)渡區(qū)萌生和緩慢擴(kuò)展。而雙軸十字拉伸測(cè)試則能評(píng)估異質(zhì)結(jié)構(gòu)在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的各向異性行為，判斷其設(shè)計(jì)是否真正實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力均化。
，焊球/焊盤直徑0.8mm，得到焊球的溫循疲勞壽命為：裂紋萌生壽命54.5 cycles，裂紋擴(kuò)展壽命304.2 cycles，焊球總溫循壽命為358.7 cycles。
一套基于 MATLAB/Fortran 編寫的二維鍵基近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)（Bond-based Peridynamics）數(shù)值仿真代碼。程序采用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)松弛算法（Dynamic Relaxation），將動(dòng)力學(xué)方程轉(zhuǎn)化為解決準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題的工具，模擬二維材料在單軸壓縮載荷下的響應(yīng)及裂紋擴(kuò)展過(guò)程。
由于熱膨脹系數(shù)的差異可能導(dǎo)致對(duì)準(zhǔn)、應(yīng)力和機(jī)械疲勞問(wèn)題，因此，選擇具有相似熱膨脹系數(shù)（CTE）的材料至關(guān)重要。鋁和不銹鋼是結(jié)構(gòu)組件的常用材料。玻璃或碳填充聚合物可以提供類似的屬性，并且重量較輕，而復(fù)合材料則可以提供極高的剛度和較低的CTE。即使使用現(xiàn)成的組件，設(shè)計(jì)工程師也必須了解其子裝配體中使用的材料。
確定基礎(chǔ)材料后，工程師需要指定要應(yīng)用的后處理。
圖 ４ 改變不同參數(shù)拉伸單單元測(cè)試結(jié)果
3.2 MAT _58 關(guān)鍵參數(shù)捕捉
1）等效失效應(yīng)變（ERODS）的標(biāo)定
ERODS與材料的斷裂韌性（即抵抗裂紋擴(kuò)展的能力）密切相關(guān)。本研究通過(guò)雙邊缺口拉伸（DENT）試驗(yàn)來(lái)標(biāo)定該參數(shù)。
制備特定幾何的帶缺口試樣進(jìn)行拉伸，獲得其載荷-位移曲線與峰值載荷（平均約11,511 N）。
此外，材料還會(huì)熱脹冷縮，對(duì)組件造成熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致組件或系統(tǒng)的機(jī)械故障、疲勞和過(guò)早老化。
從手機(jī)和電動(dòng)汽車到為衛(wèi)星上的CMOS攝像頭散熱，熱管理在當(dāng)前電子應(yīng)用的整體性能和魯棒性方面發(fā)揮著重要作用。因此，全面了解可選擇的方案至關(guān)重要。熱管理應(yīng)用已成為產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵部分，應(yīng)納入設(shè)計(jì)流程的每一步。
最終，仿真預(yù)測(cè)的裂紋擴(kuò)展速率與NASA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差控制在±15%以內(nèi)，提前識(shí)別出3處潛在層間剪切失效風(fēng)險(xiǎn)，減少了30%的全尺寸疲勞試驗(yàn)件數(shù)量，直接節(jié)省驗(yàn)證費(fèi)用超500萬(wàn)元。筆者點(diǎn)評(píng)：該案例充分體現(xiàn)了Multiscale Designer在極端工況下的精準(zhǔn)仿真能力，為航空航天高端裝備的國(guó)產(chǎn)化提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
案例二：海洋工程—— Luna Rossa美洲杯帆船復(fù)合材料部件優(yōu)化。
