在ABAQUS中定义Cohesive粘聚力模型的两种方法

ABAQUS中的Cohesive模型可用于模拟金属的裂纹扩展、复合材料的分层、焊接区域的破坏、涂层的断裂等，在消费电子、航空航天等领域的仿真中有着广泛的应用。

本文重点介绍了两种粘聚力模型在ABAQUS中的定义方式，并且通过一个仿真案例来帮助读者更好掌握cohesive element的使用方法，建议读者使用cohesive surface来重现上文中的仿真案例。

一、粘聚力模型定义的理论基础

基于Traction-Separation Law的粘聚力模型包括粘聚力单元（cohesive element）和粘聚力接触（cohesive surface interaction），如图1所示。

图1 两种粘聚力模型

对于Traction-Separation Law，最常用的本构模型是图2所示的双线性本构模型。它描述了材料到达强度极限前的线弹性阶段和材料到达强度极限后的刚度线性降低软化阶段。横坐标为位移，纵坐标应力。线弹性阶段的斜率表示刚度，三角形下的面积表示材料断裂时释放的能量。一般来说，在使用内聚力模型时，需要给出刚度，极限强度，临界能量释放量（或者失效时的位移）。

图2 双线性本构模型

对于内聚力模型，初始损伤准则的设定是至关重要的。Abaqus提供了6种初始损伤准则，本文重点介绍前四种准则。首先

分别代表纯I型（张开型）、纯II型（滑开型）和纯III型（撕开型）破坏的最大名义应力

分别表示纯I型、纯II型和纯III型破坏的最大名义应变。图3为三种断裂形式的示意图。

图3 三种断裂形式

（1）Quade Damage:

（2）Maxe Damage:

（3）Quads Damage:

（4） Maxs Damage:

二、粘聚力模型的ABAQUS设置方法

接下来分别详细介绍粘聚力单元（cohesive element）和粘聚力接触（cohesive surface interaction）的ABAQUS的软件设置方法。

1、粘聚力单元的ABAQUS设置

对于粘聚力单元（cohesive element）,以ABAQUS2019为例：

• 第一步：进行cohesive单元刚度设置，在Property界面下，依次点击Mechanical->Elasticity->Elastic->Traction，Type中选择Traction, 然后在空格中输出相应的刚度，如图3所示
• 

图3

• 第二步：初始损伤准则，点击Mechanical->Damage for Traction Separation Laws。Abaqus提供了6种初始损伤准则，一般前四种用于复合材料的分层模拟，后两种用于扩展有限元。

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