abaqus粘接行為之膠粘單元

abaqus中粘接行為主要用于模擬墊圈、脫膠、復合材料分層等。在abaqus中模擬粘接行為有兩種方法,一種是基于膠粘單元(COH3D8等)的方法,另一種是基于接觸屬性的方法。

本文主要介紹基于膠粘單元且響應為牽引開裂的的仿真方法。仿真順序為:建立模型,創建材料,定義并未cell分配截面屬性(包括響應和厚度),施加約束和載荷,劃分網格,執行計算。本文默認單位mm,MPa,s,t。

1)建立幾何模型:

    新建2D模型,20.002X10的part,然后將其分割為10X10,10X0.002,10X10的三部分,兩邊兩部分為基體,中間部分為膠粘單元。

2)創建材料:

    創建基體材料:彈性模量為69000,泊松比為0.34,;

    創建膠粘單元材料:選擇線彈性---type中選擇traction----給定彈性模量2000和兩個方向的剪切模量2000。

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定義損傷萌生參數:通過mechanical下面選擇牽引分離準則的損傷判據,有六種方法,常用的為前四種,本文選取二次名義應力準則,

640.webp (1).jpg

輸入法向和切向最大名義應力極限(21,28,0)

640.webp (2).jpg

當應力達到判據條件時,表示損傷的萌生。

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定義損傷的演化:

損傷的演化表示損傷萌生后的響應,其通過來定義,可以看出剛度的退化,d表示損傷變量,d為0時為損傷,d為1時完全損傷,

 

640 (1).png

 

    在上圖右側點擊suboption,在彈出的對話框中定義損傷演化參數。

        Type選擇判斷損傷的演化的方式:斷裂能和位移; softing指定損傷后的軟化方式;

    混合模式行為:對以位移為判斷損傷依據時,只有兩種:直接指定損傷時的位移和表格形式;對于與斷裂能為判斷損傷依據時,還有BK定律和power law兩種,均需要指定法向和切向的斷裂能,其中BK定律中power給定有效數值即可,power law模式需要指定指數power。各項同性時,三種斷裂能相等,對指數不敏感。

    按照下圖定義損傷的演化:

640.jpg

    即能量釋放率(最大位移)達到給定的斷裂能(位移)認為完全損傷,裂紋將繼續向前擴展。

640 (2).png

3)定義截面屬性

    選擇材料和響應,本文選擇牽引開裂響應,使用節點坐標確定膠粘單元初始厚度。對于牽引開裂響應,默認厚度為1,其他默認為基于節點坐標的幾何厚度。如果采用指定為單位厚度,則創建材料時彈性模量需要進行縮放。采用單位厚度,則名義應變與開裂值相同,因為對于牽引開裂準則,彈性模量當罰剛度來理解,彈性響應通過En控制。

640 (5).png

4)采用通用靜力學分析步,固定分析時間,初始增量步0.05,總時間1,左端完全固定,右下邊施加向右的位移0.05.

640 (1).jpg

5)劃分網格

    膠粘單元部分需采用結構或掃略技術,且形狀為四邊形,選擇cohesive單元族。最后單元類型為COH2D4(四節點的2維膠粘單元)。 

6)提交計算,查看結國,截取裂紋尖端名義應變圖如下:

640 (2).jpg

        可以看到圖中裂紋尖端兩點變形前后后距離差為5.73036e-3,初始距離1.99986e-3,計算得到名義應變與圖中名義應變為2.86532相等。如果在定義截面屬性時厚度改為1,則厚度為幾何尺寸的1/0.002=500倍,此時需要將彈性模量也變為原來的500倍為1e6結果才合理,這時查看結果最大名義應變則為5.73036e-3,這種情況下除的原始厚度為單位厚度1,即開裂值等于名義應變值。

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