粘聚区模型 — CAE术语解释

线性断裂力学（LEFM）以裂纹尖端存在应力奇点为前提，用应力强度因子K评估断裂，但在裂纹尖端附近存在塑性区或损伤带时精度下降。粘聚区模型（CZM）在裂纹尖端前方设置一个称为"粘聚区"的虚拟区域，用张开位移δ和粘聚力T的牵引力–分离准则（T-δ规则）表达界面软化和断裂。对于胶粘剂层的脱层和复合材料的层间断裂特别有效。

最常见的是双线性型。在张开位移δ较小时，T = K_cohesive × δ 线性增加，达到最大强度Tmax后进入软化阶段，在δ = δf时完全断裂（T = 0）。这条曲线包围的面积等于断裂能Gc（模式I对应层间张开，模式II对应剪切）。在Abaqus中实现为Cohesive Elements或基于表面的粘聚接触，通过材料试验（DCB试验、ENF试验）输入GIc和GIIc参数。

在航空航天领域，CFRP层合板的分层（层间脱层）扩展是主要应用场景。还用于冲击后压缩强度（CAI）试验模拟和螺栓连接部位的疲劳裂纹扩展。在汽车工业中用于结构胶粘剂接合部的剥离分析，在电子产品中用于焊点和灌封树脂的剥离分析。即使裂纹前缘形状复杂也无需重新划分网格，与X-FEM（扩展有限元法）相结合可以追踪任意路径的裂纹扩展。

GIc来自DCB（双臂悬臂梁）试验，GIIc来自ENF（端部切口弯曲）试验，这些都有标准试验方法。但胶粘界面对表面处理条件很敏感，"直接用胶粘剂厂家目录值往往无法匹配实验结果"的情况很常见。在实际工程中，需要根据公司内部的试验条件和前处理条件进行表征，使用自己获取的参数数据。最近，通过逆向分析法（将实验位移-力曲线与有限元模型拟合）来自动化参数辨识的方法也逐渐普及。