本指南深入探讨NXP RFID天线设计中的关键问题——颗粒与基体界面处的开裂现象,提供详尽的设计策略和优化建议。
2.3 颗粒/基体界面开裂
在边长为5的立方体基体内嵌入半径为3的球形颗粒,基体高度同样为5。对于三维模型,仅取1/8进行建模;二维模型则采用轴对称方式处理。整个结构沿x方向受到单向拉伸力的作用,并且在内部边界应用了近似周期性边界条件,在外部非加载面保持平面状态不变。
颗粒与基体之间的界面开裂现象如图2-3(b)所示。由于三维和二维模型中,基体的形状分别是一个圆柱和一个立方体,所以它们各自的位移—反力曲线存在差异,因此不再对此进行比较分析。
(a) (b)
图 2-3 颗粒/基体界面开裂
3. 粘聚力单元模型的应用
粘聚力单元在显式算法中应用广泛,在模拟多裂缝扩展方面具有明显优势。通过将这些单元植入实体结构的每个基本单元周围,可以有效地再现脆性断裂的效果。此外,粘聚力单元还可与XFEM技术结合使用:对于复合材料而言,基体部分利用XFEM方法来描述裂纹的发展过程;而界面开裂则采用粘聚力模型进行模拟,从而能够全面展示裂缝从基体内逐渐传播至界面的整个动态演变。
3.1 与 XFEM 的联合应用
在本实例中,基体尺寸设定为0.76 X 0.5 X 1.8 (X Y Z)。内部嵌入直径为0.08、长度达1.3单位的纤维作为增强材料,在z方向上排列整齐;同时沿xy平面引入初始裂纹,此裂缝位于基体中部位置且靠近左侧边界处(如图3-1(a)所示)。为了提高计算效率,模型右侧部分去除了多余的纤维设置,因此该侧表面呈现出轻微弧度。
在实验过程中,基体的底部被固定不动而顶部则受到垂直方向上的位移加载。由于初步测试中发现基体内部结构相对较弱且界面强度较高时,裂缝会率先穿透整个基体内部;随后,在基体与纤维之间的界面上开始出现明显的损伤迹象,并最终导致计算因局部聚集性破坏而中断。通过调整材料属性参数(比如增强相和基质的相对硬度),可以观察到不同的裂纹扩展路径及形态特征。