Abaqus2020 cohesive單元只能傳熱 不能刪除?非也非也

0.前言

上一個帖子做了abaqus2020新添COH2D4T單元在熱力耦合熱力耦合界面脫粘教程,但總有人咨詢COH2D4T單元為什么不能被刪除?對此已解答過,答案是 顯示(視覺上)不刪除,當SDEG達到了1后完全失去了承載能力,具體請看COH2D4T單元在熱力耦合界面脫粘中的應用

為了進一步驗證,下面做一個對比分析COH2D4、COH2D4T的案例,具體情況如下:

1、在兩個單元之間嵌入cohesive單元,類型包括COH2D4、COH2D4T

2、施加拉伸及剪切載荷至cohesive單元失效,之后反向加載

3、cohesive單元參數及模型邊界等請看下圖

0.jpg

cohesive單元參數

01.jpg

下邊界固定,上面單元施加拉伸及剪切載荷:先加載后卸載

1. COH2D4 單元分析結果

眾所周知,COH2D4單元是可以被刪除的,采用靜力通用分析步,按照上述條件得到了如下結果:

coh1_unload.gif

Abaqus2020 cohesive單元只能傳熱 不能刪除?非也非也的圖4最后狀態:

coh1_unload.png

即cohesive單元失效后被刪除,而卸載時由于沒添加接觸,上下兩個單元直接穿透。為了表征cohesive單元被刪除后其他單元接觸的可能性,增加通用接觸,計算結果如下:

coh_unload_contact.gif

最后狀態:

coh_un_cont 25.png

由此可見,如果cohesive單元被刪除,將生成新的面,因此添加通用接觸很好地模擬了其他單元的接觸。

下面在相同情況下(僅把分析步改為 熱力耦合),對COH2D4T單元進行分析。

2.COH2D4T 單元分析結果

先加載后卸載,所得到的計算結果如下:

cohT_unload_contact.gif

最后狀態:

cohT_un_cont 64.png

由上圖可見,雖然COH2D4T沒有刪除,但計算結果跟COH2D4單元結果是一樣的,進一步說明不被刪除 只是 顯示(視覺)問題。

此外,如果COH2D4T單元沒有失去作用,那么上下兩個單元無法生成新的面,即通用接觸不起作用,此時應該出現穿透現象,但上述計算中并沒有,說明上下單元生成了新的面,從而使通用接觸很好地模擬了其他單元的接觸。

有人可能會說cohesive單元壓縮狀態下不起作用,那么如果在上述狀態下,繼續加載會得到什么結果:

如果COH2D4T起到作用,其應力時間曲線應該長這樣:

02.jpg

但是,實際情況并非如此:

cohT_unload_re_contact.gif

第一次加載-卸載結束后的狀態:

cohT_un_re_cont0 66.png

第二次接在結束后的狀態:

cohT_un_re_cont 95.png

現在非常清楚了,cohesive第一次達到失效條件后,接下來的情況下 其應力一直為0,進一步說明COH2D4T雖然看起來一直在,其實早已失去了承載能力,跟刪除沒什么區別。

3.個人觀點

那么為什么COH2D4T單元即使完全失效 也不刪除,為什么要保留呢?

個人認為,COH2D4T在厚度方向傳熱過程中是有溫度梯度的,請看下圖。此外,當COH2D4T達到了被刪除的條件后,它還能傳熱(跟熱屬性設置有關),如果直接把它刪除,就無法觀測溫度梯度變化,因此我認為不把它刪除反而更好,因為只是在顯示上不刪除不僅不影響 計算結果,還能繼續觀測 熱傳導變化過程。

03.png

以上僅代表個人觀點

4. 2021.04.06 更新補充

之前驗證時僅考慮了cohesive單元完全失效的情況,如果cohesive單元不完全損傷,發生了損傷但還未達到完全被刪除的閾值,即SDEG還未達到1時 結論如何呢?

首先是COH2D4單元加載-卸載情況:

Abaqus2020 cohesive單元只能傳熱 不能刪除?非也非也的圖15

Abaqus2020 cohesive單元只能傳熱 不能刪除?非也非也的圖16 最終狀態: COH2D4單元在反向加載時發生穿透,類似反向拉伸

Abaqus2020 cohesive單元只能傳熱 不能刪除?非也非也的圖17

Abaqus2020 cohesive單元只能傳熱 不能刪除?非也非也的圖18

 最終狀態: COH2D4T單元在反向加載時發生穿透,類似反向拉伸

結論是一樣的,由上述算例可知,相同情況下COH2D4T表現幾乎一樣。

基于實際應用考慮,cohesive不會出現上圖所示反向拉伸情況,因此需要考慮添加適當的接觸以防止出現上述情況。

附件包括上述案例的inp及CAE文件

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