Abaqus中的内聚力单元建模（一）

介绍

对胶结在一起的零件的变形和失效响应进行建模似乎是很难实现的仿真课题之一，但是实际上，在Abaqus中进行设置就相对容易些。通常可以使用粘性单元或基于粘性属性的接触来实现。这种建模方法已经存在了很多年，但是许多人仍不清楚该怎么设置。在本文中，我将尝试通过示例来演示如何在Abaqus中工作。

关于内聚单元和内聚接触表面时，Abaqus帮助文档内容相当丰富，但难于把操作弄清楚。在这里，我将通过一些简短的示例来演示Abaqus内聚单元的相关设置。开始之前，请记住，牵引力=应力，分离力=位移。

图1 实例

底部基板的底面保持固定。顶部基板的顶面在0.1秒内向上移动0.1毫米。粘合剂层为0.01毫米厚（非常薄！），横截面积为1毫米x 1毫米。每个基体是一个C3D8R元素，并且粘合剂使用一个COH3D8单元表示。通过这种设置，所施加的力与（应力）牵引力具有相同的数值（以MPa为单位）。

图中显示了以下模型的牵引分离响应：

• 您可以使用*Elastic命令指定法向刚度和剪切刚度。

• 使用criterion=maxs可以指定法向和剪切方向上的损伤累积开始时的牵引力值。

• 在这里，我使用了一个简单的线性*Damage Evolution选项。在大多数实际情况下，您将需要使用更完善的数据。

• 本示例是使用Abaqus / Standard运行的。

*Material, name=mat

*Elastic, type=traction

4000.0,  700.0,  700.0

*Damage Initiation, criterion=maxs

90.0, 66.0, 66.0

*Damage Evolution, type=displacement, softening=linear

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图2 实例（拉伸）

这与示例1完全相同，但加载方式为简单剪切。变形的形状看起来有些疯狂，但是请注意，这不会由于元素变形而引起收敛问题。内聚元素是一维的，不会真正变形！非常便利。

内聚材料模型的定义与实施例1中的相同，并且预测的牵引-分离响应如下所示。该图同时显示了拉伸和剪切预测。

图3 示例（剪切）

粘性单元有点奇怪，因为它们的响应不是根据应力-应变曲线来指定的，而是根据牵引力-分离曲线来指定的。因此，正确定义初始内聚厚度变得很重要。在前两个示例中，我没有指定内聚厚度，在这种情况下，Abaqus假定厚度为1.0。如果将示例1中的内聚厚度减小50％，则得到的结果如下图所示。该图显示了两种厚度的响应。

初始线性弹性响应显然取决于内聚层的厚度。这是有道理的，因为牵引力是由模量乘以内聚层应变得到的，并且应变是由位移除以初始厚度获得的。解决此问题的首选方法是将内聚厚度指定为1.0，这样内聚应变将等于内聚位移。这也是Abaqus中的默认行为。

图4 示例（厚度影响）

还应注意，损伤开始后的响应是根据分离距离（而非应变）定义的。还要注意，使用该约定，您将获得与内粘层相同的力-位移响应，而与厚度方向上元素的大小无关。这通常不会造成问题，因为通常粘合剂层很薄。如果粘合剂层不薄，则最好改用连续体元素。