Cohesive单元的损伤演化

在abaqus中, 使用Cohesive单元主要有以下几个关键点:

• cohesive单元的创建

• cohesive单元属性的指派

• cohesive截面属性的创建与指派

  本文将简述上述三点, 并对cohesive单元的损伤演化方法进行探讨.
  

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    在我的理解中, cohesive单元主要分为两种:

• 无实际厚度的cohesive单元

  该类型创建方法主要有两种, 使用mesh下的edit工具, 选择mesh-->offset(create solid layer)创建一个0厚度的实体单元, 和使用mesh-->insert cohesive seams创建.

• 有实际厚度的cohesive单元

  可以直接建立出cohesive单元模型

本文只介绍无实际厚度的cohesive单元.

cohesive单元类型指派

单元模型(element), 单元类型(formulation), 单元属性(section)三者必须匹配, 才可以正确定义一个有限元数模.

在mesh模块下, 对创建好的cohesive elements的单元类型进行指派为Cohesive:

cohesive单元截面的创建与指派

截面创建与指派没有特别需要注意的, 仅需要注意没有实际厚度的要使用traction separation.

材料属性定义

    在静力学分析中, 最少需要指定材料的弹性行为和损伤行为:

弹性行为定义:

类型选择为: Traction, 并定义如下参数:

损伤选择Quads Damage, 并定义损伤演化:

    在这里我们需要注意一些参数, 因为那是我们今天探讨损伤演化的主要影响参数:

1. 弹性行为定义中的法向行为系数, E/Enn=1000, 可以类比于弹性模量来理解该参数;

2. 损伤准则中的Nominal stress=10

3. 损伤演化失效位移displacement at failure=0.01
   

分析结果与损伤的演化

建立一个如下的简易模型来探究损伤的演化:

固定刚体2, 移动刚体1, 绘制支反力-位移曲线:

由图像可以看出:

在A(1E-3, 1000)点之后损伤开始产生, B(1.1E-2, 0)之后cohesive单元完成删除.

1. 根据A点的反作用力(纵坐标)1000N和我建立的模型的底面积为100mm2可以计算出此时的cohesive单元应力为10MPa, 正好与定义的损伤开始的数值Nominal Stress对应;

2. 根据A点的位移值(横坐标)为1E-3, 说明该节点产生损伤的时候位移值为0.001, 单元的初始厚度为0.1mm, 所以单元应变为0.001/0.1=0.01, 材料定义中定义的法向模量为1000MPa, 则单元应力为0.01*1000=10MPa,与1中计算的一致,并与仿真结果一致.

3. 根据B点的位移值1.1E-2, 可以算出在损伤产生后又移动了0.01mm, 单元完成删除, 与损伤演化的displacement at failure相应;