從事消費電子行業仿真，擅長膠材等材料的本構模型研究和構建。熟悉橡膠本構模型建立，包括超彈+線性&非線性粘彈+Mullins Effect+Permanet Set的材料測試方法和建模方法，感謝您的關注。以下是正文：

ABAQUS中的Cohesive模型可用于模擬金屬的裂紋擴展、復合材料的分層、焊接區域的破壞、涂層的斷裂等，在消費電子、航空航天等領域的仿真中有著廣泛的應用。

本文重點介紹了兩種粘聚力模型在ABAQUS中的定義方式，并且通過一個仿真案例來幫助讀者更好掌握cohesive element的使用方法，建議讀者使用cohesive surface來重現上文中的仿真案例（點擊閱讀原文下載模型文件）。

一、粘聚力模型定義的理論基礎

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。

圖1 兩種粘聚力模型

對于Traction-Separation Law，最常用的本構模型是圖2所示的雙線性本構模型。它描述了材料到達強度極限前的線彈性階段和材料到達強度極限后的剛度線性降低軟化階段。橫坐標為位移，縱坐標應力。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釋放的能量。一般來說，在使用內聚力模型時，需要給出剛度，極限強度，臨界能量釋放量（或者失效時的位移）。

圖2 雙線性本構模型

對于內聚力模型，初始損傷準則的設定是至關重要的。Abaqus提供了6種初始損傷準則，本文重點介紹前四種準則。首先分別代表純I型（張開型）、純II型（滑開型）和純III型（撕開型）破壞的最大名義應力分別表示純I型、純II型和純III型破壞的最大名義應變。圖3為三種斷裂形式的示意圖。

圖3 三種斷裂形式

（1）Quade Damage: 

（2）Maxe Damage:

（3）Quads Damage:

（4） Maxs Damage:

二、粘聚力模型的ABAQUS設置方法

接下來分別詳細介紹粘聚力單元（cohesive element）和粘聚力接觸（cohesive surface interaction）的ABAQUS的軟件設置方法。

1、粘聚力單元的ABAQUS設置

對于粘聚力單元（cohesive element）,以ABAQUS2019為例：

• 第一步：進行cohesive單元剛度設置，在Property界面下，依次點擊Mechanical->Elasticity->Elastic->Traction，Type中選擇Traction, 然后在空格中輸出相應的剛度，如圖3所示

圖3

• 第二步：初始損傷準則，點擊Mechanical->Damage for Traction Separation Laws。Abaqus提供了6種初始損傷準則，一般前四種用于復合材料的分層模擬，后兩種用于擴展有限元。對于前面4種初始損傷準則的具體含義，詳見ABAQUS幫助文檔。

• 第三步：損傷演化規律，在定義了初始損傷準則后，點擊Suboptions->Damage Evolution，彈出的界面如圖4所示。Type包括Displacement和Energy，一般會選擇基于Energy的損傷演化規律。Softening中有多種選項，表示剛度退化的方式。

圖4

• 第四步：Cohesive單元截面屬性，在Property模塊中，點擊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可使用默認值，也可指定。

• 第五步：將所創建的截面屬性賦予給相應的幾何部件。這一步與常規操作一致，不再贅述。

• 第六步：損傷設置輸出，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，需要在場變量輸出中進行相應的設置。勾選Failure/Fracture下面的SDEG，DMICRT；在State/Field/User/Time下勾選STATUS。

• 第七步：關于Cohesive單元的網格劃分，有幾個需要注意的點。第一，cohesive單元的網格需要比較細密；第二，需要沿著cohesive單元厚度方向用掃掠的方式劃分網格；第三，單元種類選擇cohesive，如圖5所示，Viscosity中可Specify0.001來改善收斂性，Element Deletion可選擇Yes，表示單元完全失效時被刪除，Max Degradation設置為1，表示SDEG=1時，單元完全失效。

圖5

2、粘聚力接觸的ABAQUS設置

對于Cohesive Surface Interaction，以ABAQUS2019隱式分析為例進行介紹。

• 第一步：定義粘聚力接觸屬性，Interaction->Create->Mechanical->Cohesive Behavior，如圖6所示?？晒催xSpecify Stiffness Coefficients，定義相應的K值。

圖6

• 第二步：在定義了剛度后，需要定義初始損傷準則和損傷演化規律，點擊Mechanical->Damage，在Criterion選擇相應的初始破壞準則，如圖7所示。為了定義損傷演化規律，需要勾選Specify damage evolution，在Evolution界面下，定義相應的參數。以上定義剛度，初始損傷準則和損傷演化規律的步驟與定義Cohesive Element的邏輯相同。另外可勾選Specify damage stabilization，在Stabilization界面下輸出相應的粘度系數來改善收斂性。

圖7

• 第三步：接下來定義接觸對。Interaction->Create->Surface to surface contact(Standard)， 隨后選擇接觸面，在Discretization Method選項下選擇Node to surface，Contact interaction property選擇剛才建立的粘聚力接觸屬性。

• 第四步：損傷設置輸出，在場變量輸出中進行相應的設置。 勾選Failure/Fracture下面的CSDMG以及起始損傷準則相應的項； 在State/Field/User/Time下勾選STATUS。

三、粘聚力模型的實踐與互動

以上介紹了Cohesive Element和Cohesive Surface的具體設置方式。作為學習型仿真工程師不能只看不練，否則只是過眼云煙。

接下來對幾個設置關鍵點進行闡述，讀者可以打開INP文件進行一一對照。

• 第一步：建立幾何模型，在一個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，不再贅述。對于粘合層的材料屬性，分別定義了剛度，初始損傷準則和損傷演化規律；粘合層的截面屬性為Other->Cohesive；

• 第三步：創建分析步，時長為1，打開非線性。在場變量輸出中進行相應的設置。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，主要有兩個設置，第一為粘合層下表面的全約束，第二為剝離臂右側在Y方向的約束，設置Y方向位移為30。

• 第五步：在Mesh模塊，全局網格尺寸為0.25，另外需要額外將粘合層在厚度方向的布種數設為1。剝離臂和粘合層均采用掃掠的方式劃分四邊形網格，掃掠方向為厚度方向。剝離臂采用CPS4R單元。粘合層采用COH2D4單元，另外粘度系數設為0.001，Element Deletion設為Yes，Max Degradation設為1。 

下載地址：粘聚力模型( Cohesive Model ) 應用小結