從事消費(fèi)電子行業(yè)仿真，擅長(zhǎng)膠材等材料的本構(gòu)模型研究和構(gòu)建。熟悉橡膠本構(gòu)模型建立，包括超彈+線性&非線性粘彈+Mullins Effect+Permanet Set的材料測(cè)試方法和建模方法，感謝您的關(guān)注。以下是正文：
ABAQUS中的Cohesive模型可用于模擬金屬的裂紋擴(kuò)展、復(fù)合材料的分層、焊接區(qū)域的破壞、涂層的斷裂等，在消費(fèi)電子、航空航天等領(lǐng)域的仿真中有著廣泛的應(yīng)用。
本文重點(diǎn)介紹了兩種粘聚力模型在ABAQUS中的定義方式，并且通過(guò)一個(gè)仿真案例來(lái)幫助讀者更好掌握cohesive element的使用方法，建議讀者使用cohesive surface來(lái)重現(xiàn)上文中的仿真案例（點(diǎn)擊閱讀原文下載模型文件）。
一、粘聚力模型定義的理論基礎(chǔ)
基于Traction-Separation Law的粘聚力模型包括粘聚力單元（cohesive element）和粘聚力接觸（cohesive surface interaction），如圖1所示。
對(duì)于Traction-Separation Law，最常用的本構(gòu)模型是圖2所示的雙線性本構(gòu)模型。它描述了材料到達(dá)強(qiáng)度極限前的線彈性階段和材料到達(dá)強(qiáng)度極限后的剛度線性降低軟化階段。橫坐標(biāo)為位移，縱坐標(biāo)應(yīng)力。線彈性階段的斜率表示剛度，三角形下的面積表示材料斷裂時(shí)釋放的能量。一般來(lái)說(shuō)，在使用內(nèi)聚力模型時(shí)，需要給出剛度，極限強(qiáng)度，臨界能量釋放量（或者失效時(shí)的位移）。
對(duì)于內(nèi)聚力模型，初始損傷準(zhǔn)則的設(shè)定是至關(guān)重要的。Abaqus提供了6種初始損傷準(zhǔn)則，本文重點(diǎn)介紹前四種準(zhǔn)則。首先分別代表純I型（張開(kāi)型）、純II型（滑開(kāi)型）和純III型（撕開(kāi)型）破壞的最大名義應(yīng)力分別表示純I型、純II型和純III型破壞的最大名義應(yīng)變。圖3為三種斷裂形式的示意圖。
（2）Maxe Damage:
（3）Quads Damage:
（4） Maxs Damage:
二、粘聚力模型的ABAQUS設(shè)置方法
接下來(lái)分別詳細(xì)介紹粘聚力單元（cohesive element）和粘聚力接觸（cohesive surface interaction）的ABAQUS的軟件設(shè)置方法。
1、粘聚力單元的ABAQUS設(shè)置
對(duì)于粘聚力單元（cohesive element）,以ABAQUS2019為例：
第一步：進(jìn)行cohesive單元?jiǎng)偠仍O(shè)置，在Property界面下，依次點(diǎn)擊Mechanical->Elasticity->Elastic->Traction，Type中選擇Traction, 然后在空格中輸出相應(yīng)的剛度，如圖3所示
第二步：初始損傷準(zhǔn)則，點(diǎn)擊Mechanical->Damage for Traction Separation Laws。Abaqus提供了6種初始損傷準(zhǔn)則，一般前四種用于復(fù)合材料的分層模擬，后兩種用于擴(kuò)展有限元。對(duì)于前面4種初始損傷準(zhǔn)則的具體含義，詳見(jiàn)ABAQUS幫助文檔。
第三步：損傷演化規(guī)律，在定義了初始損傷準(zhǔn)則后，點(diǎn)擊Suboptions->Damage Evolution，彈出的界面如圖4所示。Type包括Displacement和Energy，一般會(huì)選擇基于Energy的損傷演化規(guī)律。Softening中有多種選項(xiàng)，表示剛度退化的方式。
第四步：Cohesive單元截面屬性，在Property模塊中，點(diǎn)擊create section，在彈出的界面中選擇，選擇Other->Cohesive，Material選擇剛才定義的cohesive材料，Response選擇Traction Separation， Initial Thickness可使用默認(rèn)值，也可指定。
第五步：將所創(chuàng)建的截面屬性賦予給相應(yīng)的幾何部件。這一步與常規(guī)操作一致，不再贅述。
第六步：損傷設(shè)置輸出，為了能在后處理中看到粘聚力單元的破壞起始，損傷以及刪除后的效果，需要在場(chǎng)變量輸出中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。勾選Failure/Fracture下面的SDEG，DMICRT；在State/Field/User/Time下勾選STATUS。
第七步：關(guān)于Cohesive單元的網(wǎng)格劃分，有幾個(gè)需要注意的點(diǎn)。第一，cohesive單元的網(wǎng)格需要比較細(xì)密；第二，需要沿著cohesive單元厚度方向用掃掠的方式劃分網(wǎng)格；第三，單元種類(lèi)選擇cohesive，如圖5所示，Viscosity中可Specify0.001來(lái)改善收斂性，Element Deletion可選擇Yes，表示單元完全失效時(shí)被刪除，Max Degradation設(shè)置為1，表示SDEG=1時(shí)，單元完全失效。
圖5
2、粘聚力接觸的ABAQUS設(shè)置
對(duì)于Cohesive Surface Interaction，以ABAQUS2019隱式分析為例進(jìn)行介紹。
第一步：定義粘聚力接觸屬性，Interaction->Create->Mechanical->Cohesive Behavior，如圖6所示。可勾選Specify Stiffness Coefficients，定義相應(yīng)的K值。
第二步：在定義了剛度后，需要定義初始損傷準(zhǔn)則和損傷演化規(guī)律，點(diǎn)擊Mechanical->Damage，在Criterion選擇相應(yīng)的初始破壞準(zhǔn)則，如圖7所示。為了定義損傷演化規(guī)律，需要勾選Specify damage evolution，在Evolution界面下，定義相應(yīng)的參數(shù)。以上定義剛度，初始損傷準(zhǔn)則和損傷演化規(guī)律的步驟與定義Cohesive Element的邏輯相同。另外可勾選Specify damage stabilization，在Stabilization界面下輸出相應(yīng)的粘度系數(shù)來(lái)改善收斂性。
第三步：接下來(lái)定義接觸對(duì)。Interaction->Create->Surface to surface contact(Standard)， 隨后選擇接觸面，在Discretization Method選項(xiàng)下選擇Node to surface，Contact interaction property選擇剛才建立的粘聚力接觸屬性。
三、粘聚力模型的實(shí)踐與互動(dòng)
→粘聚力模型( Cohesive Model ) 應(yīng)用小結(jié)以上介紹了Cohesive Element和Cohesive Surface的具體設(shè)置方式。作為學(xué)習(xí)型仿真工程師不能只看不練，否則只是過(guò)眼云煙。筆者在仿真秀官網(wǎng)和APPT同步發(fā)布這篇文章，文章的附件可下載一個(gè)使用粘聚力單元的INP文件（點(diǎn)擊本文閱讀原文可以下載）。
接下來(lái)對(duì)幾個(gè)設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行闡述，讀者可以打開(kāi)INP文件進(jìn)行一一對(duì)照。
第一步：建立幾何模型，在一個(gè)Part中分割出剝離臂和粘合層
第二步：Property定義，剝離臂的材料屬性比較常規(guī)，不再贅述。對(duì)于粘合層的材料屬性，分別定義了剛度，初始損傷準(zhǔn)則和損傷演化規(guī)律；粘合層的截面屬性為Other->Cohesive；
第三步：創(chuàng)建分析步，時(shí)長(zhǎng)為1，打開(kāi)非線性。在場(chǎng)變量輸出中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。勾選Failure/Fracture下面的SDEG，DMICRT；在State/Field/User/Time下勾選STATUS
第四步：在Load模塊，主要有兩個(gè)設(shè)置，第一為粘合層下表面的全約束，第二為剝離臂右側(cè)在Y方向的約束，設(shè)置Y方向位移為30。
第五步：在Mesh模塊，全局網(wǎng)格尺寸為0.25，另外需要額外將粘合層在厚度方向的布種數(shù)設(shè)為1。剝離臂和粘合層均采用掃掠的方式劃分四邊形網(wǎng)格，掃掠方向?yàn)楹穸确较?。剝離臂采用CPS4R單元。粘合層采用COH2D4單元，另外粘度系數(shù)設(shè)為0.001，Element Deletion設(shè)為Yes，Max Degradation設(shè)為1。
好了，我講解的的部分就到此結(jié)束了。建議讀者使用cohesive surface來(lái)重現(xiàn)上文中的仿真案例。INP文件在文尾閱讀原文下載，如果您還有相關(guān)相關(guān)問(wèn)題，歡迎在下方留言，我會(huì)選擇性回復(fù)。
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