ABAQUS Cohesive模块学习心得

1、基本理论和对应参数设置

cohesive建模技术可用于粘合剂、粘结界、复合材料以及岩石断裂

   常用的基于cohesive粘聚力模型的建模方法:采用粘聚力单元(cohesive element)建模、cohesive behavior定义粘聚力接触

   这两种方法对应的粘聚力模型理论是相同的,仅在具体操作上和应用场景上有所区别

双线性本构模型

粘聚力模型主要用来描述厚度方向以及垂直厚度方向(两个切向)的力学行为,双线性本构模型描述了粘结层的受力特性,其中竖轴为应力、横轴为位移。
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图中显示粘结层受力时随位移先增大后减小的现象,峰值后的力学行为称为损伤后的力学行为(损伤演化),即在峰值前材料是线弹性的,一旦超过峰值点,就会有刚度退化的现象,此时加载力时力的卸载是沿着虚线的方向。

假设某粘结层拉伸实验如下所示,得到的实验数据如右图。此时就得到了厚度方向上的力学行为曲线

   同样地,通过做两个切向的实验可以得到切向的行为曲线

   此时,这三条曲线可以描述在粘结层具体受力时会发生什么样的行为,然后在abaqus中写入某些参数,使abaqus通过这些参数能够还原本构曲线。

双线性本构较简单(一个三角形)

  • 基于能量的方法:告知初始斜率,峰值力以及三角形面积,
  • 基于位移的损失演化方法:告知初始斜率、峰值力、破坏时的位移

直知道单一方向下的力学行为、不知道材料同时受剪切和拉伸时什么时候开始损失,需要判断准则
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  • 最大名义应力准则:某一个方向的力达到最大值时,材料就开始损伤
  • 二次名义应力准则:三个方向的平方和等于1时达到损伤判据,相对更为保守
  • 应变准则:

实验数据与abaqus参数的对应关系(基于能量方法)

假设两块立方体边长为1m,拉伸工况

  • 通过实验数据在abaqus中设置材料属性-弹性
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  • 设置Quads Damage以及其子选项Damage Evolution
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  • 设置三角形面积对应的断裂能
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2、cohesive element方法操作实例

第一章提到abaqus实现粘聚力模型有两种建模方法,本章通过实例介绍其中的基于cohesive单元的建模方法

   案例:为方便计算,假设钢块尺寸为111m,胶水尺寸为110.1m,上下两块钢块间为一层胶水,做一个拉伸试验,实验得到如下所示的力-位移曲线
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   现在在abaqus中通过建模来模拟这种力学行为
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   场变量的参数含义:
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   结果对照:
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3、cohesive behavior方法操作实例

第一章提到abaqus实现粘聚力模型有两种建模方法,本章通过实例介绍其中的基于粘聚力接触的建模方法

   建模:111m

   材料属性:只需要设置弹性,粘聚力的行为是通过接触来实现的

   装配:将part-1铁块装配两遍,通过偏移使面接触,并定义set-Top-point、set-botttom-point

   分析步:增量步的初始值和最大值设置为0.05,场输出加上QUADSCRT,STATUS,SDEG,RF

   相互作用:
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   载荷的边界条和ch02一样,装配件的底部固定、顶部施加0.1m的位移

   网格划分:0.1,三维应力

   作业:提取set-Top-point的U和RF,绘制
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4、cohesive element厚度设置

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   cohesive element建模时,两个铁块间一层胶水层,几何厚度虽然设置了(方便划分网格),但在材料属性中创建截面时设置的specify的值才是cohesive element的真实厚度

   cohesive element建模时设置的是弹性模量E/Enn,但在cohesive behavior建模中设置的是刚度Knn,二者之间的联系是:
刚度k=弹性模量E/厚度T
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cohesive element是单元,无法用刚度去衡量,只有定义弹性模量E、泊松比等材料属性

   而粘聚力接触是接触关系,可以直接形容界面间的关系,所以用刚度k
刚度k=弹性模量E/厚度T,最终参与运算的厚度T是在材料界面中指定的Initial thickness,默认就是1,也可通过specify修改厚度T,但一定要同时修改E,从而保持k不变

cohesive element与cohesive behavior的对应关系实例

6、零厚度粘聚力单元建模方法

创建零厚度的cohesive单元:单元的几何建模厚度与其力学性能无关,另外设置为零厚度,在网格划分时也更加适用和美观

2D零厚度cohesive单元的建模方法

有三种方法:网格节点偏移、网格节点投影、cohesive seams

   前两种方法比较复杂,cohesive seam方法能达到同样的效果且操作更简单

   在建模时先把要插入cohesive单元的边画出来(定义一个set),然后进行划分网格

   注意cohesive seams方法只能在part里面进行,不能在Assembly装配件上进行

3D零厚度cohesive单元的建模方法

有三种方法:cohesive seams、偏移网格法、插件

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