Abaqus-cohesive粘结参数研究

 概述     

   粘结行为模拟在电子行业经常用到，通常有两种方法来模拟粘结行为：一是粘结单元（cohesive element），二是粘结接触（cohesive contact）。设置单元和接触本身都不难，难的是相关参数的设置和调整。今天就借一个案例来说明各参数的影响。

        首先，商业有限元软件中目前都是采用Traction-Separation-Law来描述粘结模型。如图1所示，描述的是包含线性损伤的粘结行为，可以看到其主要分为两个阶段：线弹性（刚度参数）和损伤（或软化）阶段，那么对应的参数就包含三组：刚度参数，损伤初始化及损伤演化参数。更详细的描述请参考help文档。

图1 Traction-Separation-Law图示

        今天就一个简单案例来研究粘结参数对结果的影响。如图2所示，铝蜂窝板压弯模型示意图。铝蜂窝板由上下铝板及中部蜂窝构成，铝板与蜂窝通过粘胶连接。在压头作用下，粘结会发生破坏，输出反力曲线对比参数的影响。

图2 铝蜂窝板压弯模型

一、刚度参数的影响

               如图3所示，红色曲线1为刚度85的力-位移曲线，绿色曲线2为刚度2000的力-位移曲线。由图可知，两曲线基本重合，即刚度参数对结果影响非常小，但测试中发现较大的刚度参数导致收敛性比较差。

图3 不同刚度参数的结果曲线

二、主应力（损伤初始化参数）的影响

     接下来输入的是损伤初始化参数，即最大主应力和切应力。（由于该模型主要是剪切作用导致粘结损伤，所以这里只对比剪切应力。）如图4所示，红色曲线为临界剪切应力参数较小时的结果。可以看到，临界应力越大，峰值越延迟，即粘结强度越大。而损伤演化参数是相同的，因此下降段是平行的。

图4 不同临界剪切应力参数的结果曲线

三、软化阶段（损伤演化）参数的影响

        该案例使用的损伤演化为失效位移，红色曲线失效位移0.37，绿色曲线失效位移0.42，结果曲线如图5所示。可以看到，曲线只有下降段不重合，下降段斜率不同，失效位移大的下降段越陡（即斜率越大）。这便是损伤演化参数的影响。

图5 不同损伤演化参数的结果曲线

结论

由该案例可以总结：

1、在采用Traction-Separation-Law模拟粘结行为时，刚度参数对结果影响几乎可以忽略；

2、临界应力大小（损伤初始化参数）决定了最大粘结强度；

3、损伤初始化参数（软化参数）决定了损伤开始后刚度退化的速度，即决定了下降段的斜率；

通过该案例分享，希望大家对Traction-Separation-Law模型的参数由更深刻的理解！