构元组集模型对结构弹性损伤至断裂过程的描述及与内聚区模型的比较

结构的响应实质上是材料的响应，宏观结构损伤至断裂的发展过程也是材料性质不断演化的结果。构元组集模型从材料的微观物理变形机制出发，基于对泛函势理论和Cauchy-Born准则，抽象出两种构元——弹簧束构元和体积构元。在微观层次上，结构损伤和断裂的实质都是原子间键合力减弱和丧失的结果，而弹簧束构元是同一方向上的原子键的抽象，因此损伤可以通过弹簧束构元的响应曲线来反映。组集两种构元的响应，建立了材料的弹性损伤本构关系，从而能一致描述材料从弹性到损伤、破坏的发展过程。将构元组集模型的本构关系嵌入ABAQUS的用户材料单元子程序UMAT，实现对结构响应的数值模拟。本文模拟了包含中心预制裂纹三点弯曲梁的裂纹扩展过程，并与内聚区模型比较，给出了内聚区模型所假设的应力——位移关系曲线，并从材料损伤演化的角度对材料裂纹扩展过程做出了物理解释。