连续体方法定义Abaqus粘聚力单元的本构关系

1. 使用常规材料模型的粘聚力单元的行为

Abaqus中用于粘聚力单元的传统材料模型(包括用户定义的模型)是基于对粘聚层中变形状态的某些假设。考虑了两类不同的问题:有限厚度粘接层的建模和垫片的建模。

对于这类问题，具有粘聚力单元的损伤建模可以在Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中进行。可能需要更改粘合材料的损伤模型，以说明粘合失效可能发生在粘合剂和粘附物之间的界面上，而不是在粘合材料内部。

当与Abaqus中的传统材料模型一起使用时，粘聚力单元使用真实的应力和应变测量。而对于基于牵引分离描述的材料模型粘聚力单元的本构响应采用标称应力和应变测量。

Abaqus/Explicit利用粘聚力单元的频率特性，自动选择时间增量；在许多涉及粘合剂或垫片的应用中，与其他单元相比，粘聚力单元可能相当薄，这往往会减小稳定时间增量。

1.1 有限厚度粘接层的建模：

对于有限厚度的粘接层，假设粘接层只承受一个法向即厚度方向应变，以及两个横向剪切应变分量(二维问题为一个横向剪切应变分量)。在本构计算中，应变的另外两个法向分量(法向膜应变)和面内(膜)剪切应变均假定为零。通过单元的运动学计算厚度方向和横向剪切应变；然而，膜应变不是基于单元运动学计算的；在本构计算中，它们被简单地假定为零。这些假设适用于相对较薄且柔顺的胶粘剂层粘合两个相对刚性(与胶粘剂相比)部件的情况。上述运动学假设在粘聚层内的任何地方都是近似正确的，除了它的外缘。

另外可以定义线弹性横向剪切行为以提供粘聚力单元稳定性，特别是在损伤发生后。横向剪切行为被假设独立于常规的材料响应，不经历任何损伤。

在Abaqus/CAE中不支持直接定义粘聚cohesive截面的横向剪切行为。

   法向的定义
 

1.2 垫片和/或小胶粘片的建模

垫片和/或小粘接块的建模涉及在粘接层上没有横向约束的情况。因此，层可以在横向上以无应力的方式自由扩展。应用领域包括单个点焊和垫片。本构计算只假设一个法向应力分量，即贯穿厚度的正应力。所有其他应力分量，包括横向剪应力分量，都假定为零。

与Abaqus/Standard中的垫片单元族相比，此选项提供的垫片建模功能具有一些优势。粘聚力单元是完全非线性的(单元运动学适当地考虑有限应变和有限旋转)，可以在动态分析中贡献质量和阻尼，并且可以在Abaqus/Explicit中使用。以上述方式建模的垫片响应类似于使用Abaqus/Standard中仅具有厚度方向行为的专用垫片单元进行建模。

如果需要，可以定义非耦合的线弹性横向剪切行为。横向剪切行为既可以定义衬垫和/或粘接片的响应，也可以在厚度方向上的响应发生损伤后提供稳定性。假设没有与横向剪切反应相关的损伤。

在Abaqus/CAE中不支持直接定义粘聚cohesive截面的横向剪切行为。

   法向的定义
 

2. 输出

Abaqus中用于传统材料模型的所有标准输出变量都可用于粘聚力单元。额外横向剪切响应引起的应力分别使用输出变量TSHR13和(三维)TSHR23进行输出，不包含在通常的应力输出变量S中。

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