复合材料深度剖析工具：内聚力单元探索

案例：钢筋锈胀开裂（全局插入0厚度内聚力单元）

案例三：子弹撞击破坏（全局插入内聚力单元）

3 自研批量生成0厚度内聚力单元插件 3.1 批量生成0厚度内聚力单元原理及本构关系以2D平面模型（三角形单元）单元①和单元②之间插入内聚力单元为例，图中①~⑧代表单元编号，1~9代表节点编号。 0厚度内聚力单元生成原理 *节点分裂：图中编号2号节点位置额外生成编号20节点，编号4号节点位置额外生成编号40节点*节点连接：逆时针连接原节点及分裂节点，该图中以2-4-40-20连接*形成单元：赋予该单元一个单元编号

以上是一个内聚力单元的插入过程，但通常为了模拟出随机开裂效果模型内部单元数量成千上万。显然通过手动改写是不现实的，且现有的商业有限元软件不具备批量生成0厚度内聚力单元的功能。自研插件通过对模型的INP文件进行读取，随后生成名为Output的文件夹，文件夹里的INP文件包含原始模型的全部几何及单元信息，此外包含新生成的内聚力单元信息。

当前，大型通用商业有限元软件Abaqus嵌入了基于牵引力-分离准则的内聚力单元，其包括线性上升段和线性下降段（下降段也可以是非线性），双线性本构关系关系如下图所示。

内聚力单元本构关系

3.2 三种0厚度内聚力单元生成方式

自研0厚度内聚力单元生成插件主要针对两种材料（材料1和材料2）的复合，例如混凝土可认为是水泥砂浆与石材形成的复合材料，当然该插件也可应用于多种材料之间的复合，只是可能存在略许不便。以二维部件为例展示模型的三种0厚度内聚力单元生成方式，该模型内部切出一个圆代表材料1，其余部位代表材料2，分别将材料1和材料2建立几何集合（或单元集合），分别命名为Set-1和Set-2。

内聚力单元生成方式1：材料1内部+材料2内部+界面

导入通过插件新生成的INP文件，该模型具有和原始模型完全相同的几何特征和单元形式，除此之外新INP文件将额外生成三个单元集合，分别表示材料1单元之间的内聚力单元，材料2单元之间的内聚力单元，界面内聚力单元。通过这三种集合可快速赋予不同部位内聚力单元的材料参数。如材料数目大于两种，可通过将材料1建成一个集合，其余材料建成一个集合，同样可全局批量生成内聚力单元。不便的是，材料1和其余材料的界面内聚力单元将用一个集合表示。

内聚力单元生成方式2：材料1内部+界面

导入通过插件新生成的INP文件，该模型具有和原始模型完全相同的几何特征和单元形式，除此之外新INP文件将额外生成两个单元集合，分别表示材料1内聚力单元，界面内聚力单元。通过这两种集合可快速赋予不同部位内聚力单元的材料参数。如材料数目大于两种，可通过将材料1建成一个集合，其余材料建成一个集合，同样可全局批量生成内聚力单元。不便的是，材料1和其余材料的界面内聚力单元将用一个集合表示。

内聚力单元生成方式3：仅界面

导入通过插件新生成的INP文件，该模型具有和原始模型完全相同的几何特征和单元形式，除此之外新INP文件将额外生成一个单元集合，表示界面内聚力单元。