粘聚裂紋模型
關(guān)注創(chuàng)建者：倪佳程 創(chuàng)建時(shí)間：2019-11-18
粘聚裂紋模型的實(shí)例教程
從事消費(fèi)電子行業(yè)仿真，擅長(zhǎng)膠材等材料的本構(gòu)模型研究和構(gòu)建。熟悉橡膠本構(gòu)模型建立，包括超彈+線性&非線性粘彈+Mullins Effect+Permanet Set的材料測(cè)試方法和建模方法，感謝您的關(guān)注。以下是正文：
ABAQUS中的Cohesive模型可用于模擬金屬的裂紋擴(kuò)展、復(fù)合材料的分層、焊接區(qū)域的破壞、涂層的斷裂等，在消費(fèi)電子、航空航天等領(lǐng)域的仿真中有著廣泛的應(yīng)用。
本文重點(diǎn)介紹了兩種粘聚力模型在ABAQUS中的定義方式，并且通過一個(gè)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(xiàn)上文中的仿真案例（點(diǎn)擊閱讀原文下載模型文件）。
一、粘聚力模型定義的理論基礎(chǔ)
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(duì)于Traction-Separation Law，最常用的本構(gòu)模型是圖2所示的雙線性本構(gòu)模型。它描述了材料到達(dá)強(qiáng)度極限前的線彈性階段和材料到達(dá)強(qiáng)度極限后的剛度線性降低軟化階段。橫坐標(biāo)為位移，縱坐標(biāo)應(yīng)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(shí)釋放的能量。一般來說，在使用內(nèi)聚力模型時(shí)，需要給出剛度，極限強(qiáng)度，臨界能量釋放量（或者失效時(shí)的位移）。
圖2 雙線性本構(gòu)模型
對(duì)于內(nèi)聚力模型，初始損傷準(zhǔn)則的設(shè)定是至關(guān)重要的。Abaqus提供了6種初始損傷準(zhǔn)則，本文重點(diǎn)介紹前四種準(zhǔn)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(yīng)力分別表示純I型、純II型和純III型破壞的最大名義應(yīng)變。
展開 前言：以常用的幾種實(shí)體單元為例，展示了在單一單元、兩種單元和三種單元混合的模型中插入黏聚力單元后的網(wǎng)格圖。二維模型中插入的黏聚力單元為coh2d4單元，三維模型中插入的黏聚力單元為coh3d6、coh3d8單元。
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粘聚裂紋模型的最新內(nèi)容
這種微觀機(jī)制使得聚合物在宏觀上表現(xiàn)出極其復(fù)雜的力學(xué)特征：強(qiáng)烈的靜水壓敏感性（拉壓屈服不對(duì)稱，壓縮屈服強(qiáng)度往往遠(yuǎn)高于拉伸）、顯著的粘彈性/粘塑性耦合響應(yīng)、極低應(yīng)變率下的頸縮后冷拉（Cold Drawing）現(xiàn)象，以及伴隨微裂紋（Crazing）與剪切帶（Shear Banding）競(jìng)爭(zhēng)的損傷演化。
在構(gòu)建聚合物材料卡片時(shí)，傳統(tǒng)的金屬本構(gòu)模型完全失效。
在E-rubber試驗(yàn)室，我們通過測(cè)試數(shù)據(jù)，為客戶擬合疲勞特性參數(shù)（如Lake-Lindley模型, Thomas模型參數(shù)），并標(biāo)定材料的本征微裂紋尺寸，這些參數(shù)可用于橡膠材料和產(chǎn)品的疲勞壽命預(yù)測(cè)和損傷累積仿真分析，是橡膠疲勞仿真分析軟件（如Endurica, Fe-safe/rubber等）所必需的輸入?yún)?shù)。
我們通過專業(yè)的材料參數(shù)識(shí)別技術(shù)與工程經(jīng)驗(yàn)，為您完成：
1
多軸測(cè)試數(shù)據(jù)的協(xié)同擬合，避免超彈性模型在復(fù)雜載荷下失準(zhǔn)。
2
粘彈性模型（如Prony級(jí)數(shù)）參數(shù)的精確標(biāo)定。
3
疲勞損傷模型（裂紋擴(kuò)展與萌生）的建立與驗(yàn)證。
4
各類老化、軟化效應(yīng)的模型參數(shù)識(shí)別。
這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不僅是材料篩選與質(zhì)控的依據(jù)，更是構(gòu)建精準(zhǔn)本構(gòu)模型、進(jìn)行有限元仿真的必備輸入。
量化“非共價(jià)作用”的耗能效率：
動(dòng)態(tài)疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試
綜述強(qiáng)調(diào)，非共價(jià)相互作用是分子工程的核心耗散機(jī)制。
一是清砂不，造型和合箱時(shí)的落砂未清理干凈，濕型在澆注前停留時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致干燥部分或凸出部位脫落，這些砂粒混入鑄鐵液中，會(huì)形成砂孔；同時(shí)，模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，發(fā)生粘模后砂型未修理好，或鑄件拐彎處未搗圓角，也會(huì)引發(fā)砂孔缺陷。
基于Darveaux模型的BGA焊球溫循壽命預(yù)測(cè)1個(gè)月前
對(duì)于封蓋Lid和硅片Die直接使用線彈性本構(gòu)模型即可。對(duì)于PCB和基板Substrate則需要考慮其各向異性的材料參數(shù)，如果需要更加準(zhǔn)確地分析，還需要設(shè)置隨溫度變化的材料參數(shù)。焊球材料采用ANAND粘塑性本構(gòu)模型來準(zhǔn)確描述其在溫度循環(huán)過程中的率相關(guān)非彈性行為。
從0到1搭建通信設(shè)備光模塊可靠性測(cè)試體系1個(gè)月前
實(shí)現(xiàn)這一思想的關(guān)鍵在于建立壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系，即加速壽命模型。除了阿倫尼茲模型外，常用的還有逆冪律模型（適用于電壓、電流應(yīng)力）、艾林模型（適用于溫度和濕度綜合應(yīng)力）等。
04
可靠性測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)與條件
電信級(jí)與數(shù)據(jù)中心光模塊的測(cè)試條件對(duì)比
電信級(jí)光模塊和數(shù)據(jù)中心光模塊因應(yīng)用環(huán)境不同，其可靠性測(cè)試條件存在顯著差異。
自研高性能仿真軟件前后處理可視化框架——集成你的求解器6個(gè)月前
</p><p class="ql-align-justify"><strong>材料模型與材料庫(kù)</strong></p><p>常用材料模型庫(kù)：線性彈性、各向同性/各向異性彈性、塑性（J2、工程塑性、有限延展）、粘彈性、粘塑性、損傷與斷裂（Cohesive Zone、Maxwell/標(biāo)準(zhǔn)模型等）。</p><p>溫度、輻射、率效應(yīng)、熱 - 結(jié)構(gòu)耦合下的材料行為（溫度依賴、應(yīng)變速率依賴）。
圖6B的GPC數(shù)據(jù)清晰顯示出常規(guī)與梯形二烯聚合物的差異，且與相應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的預(yù)測(cè)高度吻合。梯形支化聚合物的GPC曲線無高分子量尾端，表明不存在交聯(lián)，這保證了工藝過程的穩(wěn)定運(yùn)行。
圖6 樣品GPC分析圖
04
熔體流變行為分析
在190°C的薄膜擠出工藝溫度下，通過小振幅振蕩剪切測(cè)試了材料的線性粘彈性（LVE）響應(yīng)。
圖6B的GPC數(shù)據(jù)清晰顯示出常規(guī)與梯形二烯聚合物的差異，且與相應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的預(yù)測(cè)高度吻合。梯形支化聚合物的GPC曲線無高分子量尾端，表明不存在交聯(lián)，這保證了工藝過程的穩(wěn)定運(yùn)行。
圖6 樣品GPC分析圖
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熔體流變行為分析
在190°C的薄膜擠出工藝溫度下，通過小振幅振蕩剪切測(cè)試了材料的線性粘彈性（LVE）響應(yīng)。
