Cohesive單元法
關(guān)注創(chuàng)建者：ABAQUS油氣有限元 創(chuàng)建時間：2019-11-28
Cohesive單元法的視頻教程
ABAQUS-復(fù)合材料脫層模擬（2D-cohesive單元法）
本案例基于ABAQUS模擬了復(fù)合材料的脫層撕裂過程，常用的有基于cohesive單元和基于面接觸兩種方法，本案例中粘合層采用cohesive單元模擬，cohesive單元需要定義材料的damage，damage evolution，elastic參數(shù)，參數(shù)模型不合理容易導(dǎo)致不收斂。模擬輸出脫層抗撕裂力-位移曲線，評估材料的抗撕裂能力。
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利用Cohesive單元模擬一款橡膠膠黏劑的機械性能-法向拉伸
利用Cohesive單元模擬一款橡膠膠黏劑的機械性能-法向拉伸 求解器LSDYNA 971R7.1 MAT138
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Cohesive單元法的實例教程
通過插入Cohesive單元生成多裂紋，可模擬不同切削參數(shù)（如刀具角度、切削速度）下巖石的損傷演化規(guī)律，預(yù)測切削過程中的崩碎區(qū)范圍與裂紋擴展方向，為高效切削工藝參數(shù)的制定提供數(shù)值依據(jù)。而其他裂紋生成方法（如擴展有限元法XFEM）雖也可模擬裂紋擴展，但在多裂紋相互作用及碎屑分離的模擬中，存在單元積分復(fù)雜、計算成本高的問題，對于二維切削這類需要大規(guī)模模擬的場景，插入Cohesive單元法兼具精度與效率優(yōu)勢。
綜上，插入Cohesive單元生成多裂紋是二維巖石切削模擬中不可或缺的技術(shù)手段，其核心價值在于實現(xiàn)了巖石斷裂機理、數(shù)值計算精度與工程應(yīng)用需求的有機統(tǒng)一。
展開 ABAQUS水力壓裂模擬|XFEM和Cohesive方法
by 星辰北極星
關(guān)鍵字：單縫、多縫、交叉縫、體積縫、轉(zhuǎn)向縫、縫間干擾、儲隔層
水力壓裂，對于石油工程的朋友并不陌生，它是石油開采和增產(chǎn)的重要手段；也廣泛應(yīng)用于地?zé)衢_采、地基處理等領(lǐng)域。由于畢業(yè)于石油大學(xué)，所以有很多機會接觸這方面的問題，也關(guān)注著ABAQUS在壓裂領(lǐng)域的應(yīng)用。這個專題將分享自己在水力壓裂仿真中的一些積累，希望大家喜歡。
【主要內(nèi)容】
一、課程概述
二、仿真要點介紹
2.1 ABAQUS水力壓裂模擬常用仿真方法
2.2 地應(yīng)力平衡分析（Geostatic）
2.3 滲流-位移耦合分析（Soils）
2.4 材料與單位制講解
2.5 特殊的輸出需求與定義
2.6 交叉裂縫處理
三、實例講解
3.1 基于Cohesive單元的二維水力壓裂模擬
3.2 基于Cohesive單元的三維水力壓裂模擬
3.3 水力裂縫與天然裂縫相交模擬-Cohesive單元法
3.4 裂縫發(fā)育地層的水力壓裂模擬-Cohesive單元法
3.5 基于XFEM的水力裂縫轉(zhuǎn)向模擬
3.6 基于XFEM的水平井多段壓裂裂縫的縫間干擾問題研究
視頻地址：https://i.xue.taobao.com/detail.htm?spm=a2174.7765247.0.0.OHNzvF&courseId=89321
【二維水力壓裂模擬（Cohesive）】
通過這個簡單的案例講述采用Cohesive單元模擬水力壓裂的基本技巧，讓大家掌握注液、停泵憋壓等基本設(shè)置，以及前后處理的一些技巧。
展開 本文介紹了如何用后歐拉算法模擬2D cohesive單元的復(fù)雜破壞，采用的本構(gòu)模型是hyperbolic曲線。這種曲線可以將受拉破壞和受剪破壞耦合在一起，很好地反應(yīng)了膠合接觸面地特性。
主要參考文獻為：Caballero, A., Willam, K.J. and Carol, I., 2008. Consistent tangent formulation for 3D interface modeling of cracking/fracture in quasi-brittle materials. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 197(33-40), pp.2804-2822.
Willam, K.J 和 Carol, I. 長期致力于模擬巖石、混凝土和磚結(jié)構(gòu)地開裂破壞。
本文的很多數(shù)學(xué)推導(dǎo)是通過軟件Wolfram Mathematica獲得的。
本文所用的算法是Caballero（2008）中的算法1：monolithic iteration strategy without substepping。
具體建模過程和建模結(jié)果見知乎文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/113538156
umat子程序和代碼對應(yīng)的
詳細解答見附件。
展開 <div contenteditable="false" width="100%"><jsk id="C_Play100081fcd66c71f093e56632b68f0102" videoid="100081fcd66c71f093e56632b68f0102" duration="5秒"><img src="https://img.jishulink.com/static/web/youku-case.png"></jsk></div><p>用cohesive單元法模擬三維水力壓裂過程，跟著星辰的教學(xué)視頻做的，為什么我計算完的結(jié)果PFOPEN云圖，初始的裂縫張開不是在XY平面上，而是凹進去一點，檢查了注入點位置是（0，25，0），是位于XY平面上的</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202512/attachment/b195afe68b85407c87cb188ac4858fc1.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
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展開 Cohesive zone model（CZM）可以被用于模擬材料的分離和剝落，并被內(nèi)置于一些商業(yè)軟件中作為自帶的本構(gòu)模型，模擬復(fù)合材料剝離、金屬焊接材料損傷、混凝土材料開裂以及組合材料的分離等。本文參考了abaqus用戶手冊中基于B-K law （Benzeggagh & Kenane）和 traction-separation law 的CZM，提出了算法實現(xiàn)，并通過VUMAT子程序和二維cohesive單元在ABAQUS中進行有限元模擬。
二維cohesive單元擁有法向和切向兩個方向的應(yīng)力-位移關(guān)系（如下圖）。ft 和 fs 分別是受拉和受剪時的最大內(nèi)聚力。Kn 和 Ks 是法向和切向彈性剛度。GIC 和 GIIC 代表受拉（mode I）和受剪 （mode II）時的材料最多可以消散的能量。
在混合受力模式中（mix-mode），材料即受到剪力又受到拉力。為了簡化計算條件，需要將受拉和受剪的過程耦合成等效關(guān)系。在下圖中，純剪和純拉模式可以被偶合成類似的雙線性模型。delta_0 和 delta_f 用于判斷材料在混合模式下所處的狀態(tài)，包括彈性上升、線性下降和完全破壞。
類似于Abaqus中的CZM，本文所提出算法也需要輸入彈性剛度（Kn, Ks）、最大內(nèi)聚力強度（ft, fs)、最大消散能（GIC, GIIC) 和 B-K法則中的無量綱常數(shù) n。具體算法如下：
利用EXPLICIT/DYNAMIC求解器測試單個單元和其在FRP double cantilever beam上的表現(xiàn)。
展開 
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Cohesive單元法的最新內(nèi)容
從數(shù)值計算精度層面分析，插入Cohesive單元法可實現(xiàn)多裂紋的自主演化與相互作用。在二維切削模型中，刀具擠壓巖石會在刃口前方形成應(yīng)力集中區(qū)，同時在切削面下方產(chǎn)生次生裂紋，多條裂紋的擴展路徑相互影響，最終決定碎屑形態(tài)與切削力波動特征。
單元法模擬三維水力壓裂過程，跟著星辰的教學(xué)視頻做的，為什么我計算完的結(jié)果PFOPEN云圖，初始的裂縫張開不是在XY平面上，而是凹進去一點，檢查了注入點位置是（0，25，0），是位于XY平面上的</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image
二維cohesive單元擁有法向和切向兩個方向的應(yīng)力-位移關(guān)系（如下圖）。ft 和 fs 分別是受拉和受剪時的最大內(nèi)聚力。Kn 和 Ks 是法向和切向彈性剛度。GIC 和 GIIC 代表受拉（mode I）和受剪 （mode II）時的材料最多可以消散的能量。
在混合受力模式中（mix-mode），材料即受到剪力又受到拉力。
本文介紹了如何用后歐拉算法模擬2D cohesive單元的復(fù)雜破壞，采用的本構(gòu)模型是hyperbolic曲線。這種曲線可以將受拉破壞和受剪破壞耦合在一起，很好地反應(yīng)了膠合接觸面地特性。
主要參考文獻為：Caballero, A., Willam, K.J. and Carol, I., 2008. Consistent tangent formulation for 3D interface
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單元法
3.4 裂縫發(fā)育地層的水力壓裂模擬-Cohesive單元法
3.5 基于XFEM的水力裂縫轉(zhuǎn)向模擬
3.6 基于XFEM的水平井多段壓裂裂縫的縫間干擾問題研究
視頻地址：https://i.xue.taobao.com/detail.htm?
Control Parameters區(qū)塊：設(shè)置嵌入Cohesive單元的尺寸和網(wǎng)格類型：
1)Thickness of Cohesive：設(shè)置嵌入Cohesive單元的法向厚度，默認(rèn)為零，且只有在Abaqus2016以上版本才能被激活，否則為失效狀態(tài)。
