Cohesive作為ABAQUS中常用的粘結技術，無論在模擬粘結界面（例如新舊混凝土疊合面、復合材料粘結界面）或是全局粘結單元（例如模擬細觀混凝土開裂）具有較廣泛的應用。今天喵星人從官方的用戶手冊中選取了幾個Cohesive基礎而又關鍵的知識點，幫助大家修煉Cohesive內功。

01內聚力單元/接觸區別

對于內聚力單元/接觸的相同之處，用戶手冊指出：

The formulae and laws that govern cohesive constitutive behavior are very similar for cohesive contact and cohesive elements. The similarities extend to the linear elastic traction-separation model, damage initiation criteria, and damage evolution laws.

喵星人翻譯：

控制內聚本構行為的公式和法則在內聚力接觸與內聚力單元中極為相似。包括適用于線性彈性牽引-分離模型、損傷起始準則以及損傷演化法則。

可見，內聚力接觸與內聚力單元的本構模型基本相同，在ABAQUS中的操作差異在于內聚力單元需要在材料的屬性中輸入，內聚力接觸則是在相互作用的接觸中輸入。

對于內聚力單元/接觸的差異，用戶手冊給出了以下圖表：

喵星人總結：

結合項目經驗，喵星人指出這兩種的差異包含但不限于：

1.對于有明顯粘結厚度概念的粘結行為，通常選擇內聚力單元；

2. 對于需要全局插入內聚力行為的，通常選擇內聚力單元；

3.對于粘結行為為同一部件的，通常選擇內聚力單元。

這樣看起來內聚力單元似乎是首選項？其實不然！對于多部件間的拼裝粘結行為，內聚力接觸則有得天獨厚的優勢！

可以說，這兩種各有優勢，若是根據具體項目結合起來用，更有事半功倍之效。

02內聚力單元的易錯點——網格行為

根據本人項目經歷與同學們反饋的問題，喵星人總結了使用內聚力單元時可能出現的易錯點：

1、由于內聚力單元必須劃分或指派粘結層網格，為了識別粘結層方向，必須掃掠指派厚度方向，若未正常掃略網格，則按照網格節點序號進行識別厚度方向，這將使得內聚力粘結方向可能存在問題。

2、被粘結的部件接觸面需與粘結層綁定or來自同一部件。部分同學會在設置內聚力單元后，又把粘結層和被粘結物體間設置了一層內聚力接觸，這樣相當于串聯了兩次粘結行為，屬于概念型錯誤。

03內聚力接觸的易錯點——初始化過程

這個過程ABAQUS用戶手冊中特別指出容易弄錯：

The initial contact status as a function of position along a cohesive contact interface can fundamentally affect simulation results. The intent for this example is that the block is initially touching the wall with the cohesive status initialized to bonded. However, a small, unintended initial gap exists between the block and the wall in the initial configuration, so the contact status is initialized to "opened" or "inactive," and the cohesive status is initialized to unbonded by default. If there is no initial cohesive bonding in this example, the applied force will push the block away from the wall or perhaps. User controls associated with the initial contact status

喵星人翻譯：

粘性接觸界面沿位置分布的初始接觸狀態會從根本上影響仿真結果。該模型本應使方塊在初始狀態下與墻面接觸，并將粘性狀態初始化為“粘合”。但由于初始構型中存在微小且非預期的間隙，導致接觸狀態被默認初始化為“開啟”或“非激活”狀態，粘性狀態亦默認初始化為“未粘合”。若此例中初始未建立粘性粘接，施加的外力將使方塊脫離墻面。用戶可通過初始接觸狀態相關控制參數。

04本構模型

用戶手冊中命名其為“牽引力-分離準則”。具體如下圖所示：

簡而言之，粘結面的行為可視為雙折線模型——以線性增長至強度后，又線性降低至0。三維應力狀態下，線性本構為：

那么問題來了，在三維應力狀態下，如何判斷粘結層的復合應力是否達到峰值點呢？用戶手冊給出了四種準則：

1.最大應力準則：

2.最大分離位移準則：

3.二次應力準則：

4.二次分離位移準則：

尤其需要注意的是，根據應力空間的大小，可以確定，二次應力和二次分離位移準則相對偏于安全。

05損傷演化

單軸作用下的損傷演化如圖所示：

一言以蔽之：當粘結狀態進入下降段后，往復加載的應力始終指向原點。

在多維應力影響下，用戶手冊給出演化應力空間：

另外，用戶手冊給出了三維應力下的演化方程：

損傷D類似于混凝土CDP模型中的damage：大小位于0~1之間，未進入下降段的損傷則為0；當最大等效位移達到上限，三向應力則同時降至0，損傷達到1。需要注意的是，受壓不會造成粘結損傷（PS：若要考慮受壓粘結損傷，則需通過編寫子程序實現）。

06二次開發接口

內聚力單元與內聚力接觸的二次開發接口也不同。內聚力單元由于其本身為單元，因此二次開發接口為UMAT（顯式為VUMAT），而內聚力接觸的二次開發接口為UINTER（顯式為VUINTER）。其中UMAT編寫規則與傳統實體單元存在不同，關于UMAT內聚力單元二次開發本人已有論文復現案例，感興趣同學可以通過主頁了解。對于UINTER內聚力接觸二次開發后續喵星人也會開展案例教學，敬請期待！

結語

用戶手冊是ABAQUS強大的學習資源，本期喵星人以Cohesive作為切入點帶領大家學習。在精細化模擬或復雜結構的分析中常用到COHESIVE方法，希望大家用好這期“武林秘籍”。