近日，计算力学顶级期刊《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》（简称《CMAME》，中科院一区TOP，IF：6.9）在线发表了题为“Isogeometric analysis of adhesion between visco-hyperelastic material based on modified exponential cohesive zone model”的研究成果。博士研究生王春发为论文第一作者，论文共同通讯作者为西南交通大学李燕副教授和西南大学青年教师胡立帮博士，论文合作作者包括西华大学青年教师陶玲博士，西南交通大学和巴黎-萨克雷大学联合培养博士生李煜冬以及博士导师冯志强教授。
在工业应用和日常生活中，实现物体之间的可靠粘附具有至关重要的意义。为此，应考虑粘附界面的损伤，包括界面脱粘、裂纹扩展和材料剥落。为了模拟界面损伤，界面厚度为零的内聚区模型（cohesive zone model, CZM）被广泛运用。理论和实验研究表明，粘附力与接触面积呈正相关。然而，原有的指数内聚区模型忽略了接触面积的影响。
为了准确描述粘附-接触面积关系，本研究通过将实际接触面积影响因子纳入原有指数内聚区模型，提出了一种改进的指数内聚区模型。基于等几何分析和双势接触方法实现数值模拟，其提供了连续的接触界面法向场和接触力的精确计算，并通过粘超弹性模型描述软体从大变形中恢复的能力以及与时间相关的力学特性。
图1压痕算例脱粘过程中网格变形图
图2 倒T形端头法向粘附：(a)脱粘过程中网格变形图；(b)粘附损伤变量和(c)法向黏附力沿倒T形端头接触边界分布的时间变化曲线
本研究开发了一种粘附接触算法，并在等几何分析的框架内实现。通过不同类型的粘附数值算例（边缘脱粘，中心脱粘，光滑表面以及粗糙表面）验证了该算法的可靠性。本研究可以为仿生结构中界面粘附的分析及其相关应用提供参考。
该研究得到了国家自然科学基金项目（Nos.: 11772274和12002290）和四川省基金项目（No.: 23NSFSC4204）的支持。
冯志强教授团队致力于研究计算力学领域关键科学问题和解决实际工业问题。课题组近年来在计算力学领域顶级期刊“Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering”，“Journal of Computational Physics”，和“Computational Mechanics”等发表多篇文章。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cma.2024.117562
