Abaqus UMAT开发:粘聚单元拉伸行为模拟

本文利用 cohesive element 模拟两个粘接的物体受拉破坏,利用的本构模型是tension-cut off模型,有限元实现算法是带有返回功能的前欧拉法(Crisfield在1991出版的Non-linear finite element analysis of solid and structure中的第6章有提到),软件是abaqus,子程序为UMAT。

这种有限元模型主要应用在在胶合破坏的预测,比如砖结构的水泥砂浆、纤维复合材料加固结构中复合材料的剥落、多层玻璃的脱胶以及夹层板的滑移等等。可以说,与胶有关的结构都可以试着利用cohesive单元模拟,所以开发cohesive单元的本构模型是很多领域的热点,因为相比起固体单元,cohesive单元的发展相对较晚。

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图1

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图2

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图3




这里有意思的是,我用前欧拉法推导出的tangent stiffness和Lourenco(1997)用后欧拉法推导出的tangent stiffness是一样的。

tensile cut-off的返回算法:

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图4

模拟的视频结果详见:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/113143055

模拟结果:


ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图5

mises应力图

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图6

ABAQUS建模:这是一个二维的单元,两个弹性材料物体被一层cohesive单元(厚度为10)连接着。面外厚度我定位100(一般砖块大约厚100mm)

步骤1:part

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图7

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图8

步骤2:material

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图9


步骤3:assembly


步骤4:step

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图16

步骤5:interaction


步骤6:load


步骤7:mesh

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图21

ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour的图22



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