cohesiezonemodellen

Cohesiezonemodellen (CZMs) zijn modellen uit de fractuurmechanica waarmee scheurvorming wordt beschreven door een cohesiezone van beperkte breedte bij de scheurkop of langs mogelijke scheurlijnen te introduceren. In deze zone blijft materiaal weerstand bieden tegen scheiding dankzij een trek-scheiding-curve (cohesie-relatie). De totale energie die nodig is om het materiaal volledig te scheuren wordt uitgedrukt als de fractuurenergie Gc per oppervlakte-eenheid.

Het concept heeft zijn wortels in de ideeën van Barenblatt en Dugdale uit de late jaren veertig en zestig, die een proceszone introduceerden ter verklaring van scheurvorming zonder onrealistische stressconcentraties. CZMs geven hieraan een concrete, mechanistische relatie tussen opening en trek en maken het mogelijk initiatie en verdere groei van scheuren in numerieke modellen te volgen. In de praktijk worden cohesie­zones vaak toegepast als elementen of oppervlakken langs potentieel scheurlijnen in een eindige-elementen-model.

Een typische cohesie-relatie koppelt een elastische respons aan een maximale cohesiekracht en een systematische afname naar nul bij een kritieke opening. Het gebied onder de cohesie-curve komt overeen met Gc, de fractuurenergie per oppervlak. Wanneer de opening in een cohesie-element een kritisch niveau bereikt, vertraagt of valt de cohesie-weerstand weg en kan de scheur verder uitgroeien volgens de lokale energievoorwaarden.

Implementatie vindt meestal plaats via cohesie-elementen of cohesieoppervlakken langs mogelijke scheurlijnen. Belangrijke keuzes zijn de vorm van de cohesie-curve, de waarde van Gc en de meshgrootte, aangezien de resultaten kunnen afhangen van de discretisatie. CZMs worden breed toegepast in metalen, polymeren, composieten en adhesieve verbindingen om initiatie en propagatie van scheuren realistischer te modelleren dan bij puur elastische benaderingen.