內聚力 cohesive的案例
Abaqus利用內聚力模型（cohesive zone）模擬裂紋擴展仿真案例講解
Abaqus利用內聚力模型（cohesive zone）模擬裂紋擴展仿真案例講解
ABAQUS讀懂用戶手冊系列—修煉Cohesive內功：內聚力單元/接觸基礎知識點
<p>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。</p><p class="ql-align-center"><strong>01</strong>內聚力單元/接觸區別</p><p>對于內聚力單元/接觸的相同之處，用戶手冊指出：</p><p>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.</p><p><strong>喵星人翻譯：</strong></p><p>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。</p><p>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。
展開 結構膠內聚力單元（cohesive element）本構在ABAQUS和LS-DYNA中的應用 ￥5.99
本文以一簡單的膠粘兩塊板的模型說明內聚力單元在ABAQUS和LS-DYNA軟件中的應用。
ABAQUS采用的隱式計算，在顯式計算中的設置與隱式計算的設置相同，LS-DYNA采用的顯式計算，由于給的時間較短，可以看出板有明顯的抖動，僅供交流學習，感興趣的可以下載后邊的.inp和.k文件
某SUV前擋風玻璃沖擊破壞仿真分析
汽車前擋風玻璃，不僅有著提供視野，抵御惡劣天氣等用途，在特殊情形下，還作為一種安全部件保護著駕駛艙內的駕駛員與乘客，如阻擋突發的障礙物，行人保護等。
粘接結構設計中，使用內聚力模型解決了界面分離問題。內聚力模型（cohesive zone model）基于彈塑性斷裂力學，被驗證可準確模型斷裂過程。對內聚力模型的理論研究和理解，參考了多篇論文[1-4]。
由于該車身尺寸大，對仿真模型進行簡化，建立僅包含粘結劑與夾層玻璃的簡化模型。前擋風玻璃組成如下圖所示。
基于前擋風玻璃網格模型，重新建立包含內聚力單元（cohesive elements）的夾層玻璃模型。設置全局網格尺寸為20mm，接觸區域網格尺寸為2mm。考慮沖擊破壞仿真模型的簡化，約束膠粘連接單元的底面的全部自由度，模擬與車窗邊緣的連接。完成的前擋風玻璃沖擊破壞仿真有限元模型如下圖所示，共有節點數約30萬個，單元數約14萬個。
在玻璃單元之間內嵌一層單元作為內聚力單元，如下圖所示。
文中玻璃內聚力模型材料的定義參考論文[6]中所參考，中間層材料定義為彈塑性類型來源于網絡。夾層玻璃斷裂行為歷程，如下圖所示。
論文[5]，深入研究中間層材料的力學性能，更詳細的描述了中間層材料對擋風玻璃的沖擊破壞性能影響顯著。
[1] 周志強. 粘結構件粘結性能的內聚力模型分析[D].浙江大學,2006.
[2] 黃劉剛. 內聚力模型的分析及有限元子程序開發[D].鄭州大學,2010.
[3] 屈鵬. 纖維/樹脂復合材料多尺度結構對力學性能的影響[D].山東大學,2012.
[4] 蔡鵬. 金屬橡膠元件粘接強度與破壞的有限元數值模擬研究[D].湘潭大學,2017.
[5] 徐曉慶.
展開 
【CAE案例】氣冷堆（AGR）堆芯中石墨磚的裂紋擴展分析
圖5：模型Ⅲ示意圖
模擬過程與結果分析
模擬裂紋的擴展有很多方法，最常用的是基于Griffith微裂紋理論的方法，還有內聚力（Cohesive Zone Modelling, CZM）方法以及基于損傷理論的方法等。本研究采用了基于Griffith微裂紋理論和損傷理論對以上三個石墨磚模型進行裂紋擴展分析。
基于Griffith理論法模擬裂紋
在結構有限元仿真軟件中使用
DEFI_FISS_XFEM命令定義裂紋的位置，然后使用
MODE_MODELE_XFEM命令將裂紋賦予模型中，最后使用
CALC_G命令可輸出裂紋在裂尖的應變能釋放率
G，該系數表示裂紋每擴展單位面積所釋放出來的能量。
Gc為臨界應變能釋放率，表示裂紋擴展單位面積所需要的能量。在
2D模型中，若當應變能釋放率
G小于臨界應變能釋放率
Gc時，裂紋不擴展，當
G=Gc時，裂紋擴展；在
3D模型中，需要確定裂紋前沿擴展的位置（
G＞
0.75Gc)。如圖
6所示為裂紋擴展方向的確定，裂紋朝著最大切應力方向擴展。
圖6：裂紋擴展方向
在計算裂紋擴展的每一個時間步，可使用網格自適應模塊
Homard調整生成如圖
7的加密網格。
圖7：使用Homard模塊調整生成的網格
基于
Griffith理論法對三個模型進行模擬，得到三個模型中的裂紋擴展的結果如圖
8所示。
展開 LS-DYNA 剛性彈丸沖擊混凝土墻 cohesive+solid方法
與常規侵蝕算法不同，本算例的材料宏觀斷裂采用內聚力單元(cohesive element)實現。
彈丸為solid單元，材料為剛體材料。
混凝土為solid單元，材料為彈性材料。
薄弱層為內聚力單元，材料為138號Cohesive_Mix_Mode材料。
新老混凝土接觸面屬性設置 ￥10
答案就是：使用庫倫摩擦（kulun）+內聚力模型（cohesive）
其具體設置如下圖所示：
cohesive分層擴展-三維
使用內聚力模型（cohesive zone）模擬裂紋的產生和擴展，需要在預計產生裂紋的區域加入cohesive層。
方法一、建立完整的結構，然后在上面切割出一個薄層來模擬cohesive單元，用這種方法建立的cohesive單元與其他單元公用節點，并以此傳遞力和位移。
方法二、分別建立cohesive層和其他結構部件的實體模型，通過“tie”綁定約束，使得cohesive單元兩側的單元位移和應力協調。
在基于traction-separation描述的方法中，最常用的本構模型為雙線性本構模型。它給出了材料達到強度極限前的線彈性段和材料達到強度極限后的剛度線性降低軟化階段。
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上傳一個例子，細節不再描述，自己去看，至于參數設置可以參考我技術鄰其他帖子，有詳細介紹。或者有什么疑問，站內留言
cae-inp.rar
展開 基于abaqus中cohesive單元的鋼筋混凝土粘接性能仿真（2D模型） ￥1
考慮混凝土界面受力的復雜性，采用雙線性內聚力單元（cohesive element）,建立鋼筋拉拔試驗模型。分為以下三個部分：1）cohesive element介紹；2）基于Abaqus的cohesive element建模；3）分析。
1）Cohesive element
對于鋼筋-混凝土界面，存在兩種界面形式，左邊為剪切型，右邊為張拉型（雙線性模型）。
實現雙線性模型，需要定義彈性模量、損傷準則。。Abaqus 的Damage for traction separation laws 中包括：Quade Damage、Maxe Damage、Quads Damage、Maxs Damage、Maxpe Damage、Maxps Damage 六種初始損傷準則，其中前四種用于一般復合材料分層模擬，后兩種主要是在擴展有限元法模擬不連續體（比如crack 問題）問題時使用。
2）鋼筋混凝土拉拔模型
建模：鋼筋直徑2cm，混凝土圓柱直徑20cm，高40cm，建立軸對稱模型。
創建材料屬性：
展開 Abaqus創建零厚度cohesive單元
使用內聚力模型（cohesive zone）模擬裂紋的產生和擴展，需要在預計產生裂紋的區域加入cohesive層。建立cohesive層的方法主要有：
方法一、建立完整的結構，然后在上面切割出一個薄層來模擬cohesive單元，用這種方法建立的cohesive單元與其他單元公用節點，并以此傳遞力和位移。
方法二、分別建立cohesive層和其他結構部件的實體模型，通過“tie”綁定約束，使得cohesive單元兩側的單元位移和應力協調。
有些情況下需要建立零厚度的cohesive單元以進行裂紋擴展的計算模擬，下面以第一種方法進行零厚度的cohesive單元的建模。
新建一個二維模型，如下圖所示：
假設在模型的中間有一層零厚度的cohesive單元層，做一個切割處理，如下圖所示：
切割出一個很小的縫隙之后進行網格劃分，如下所示：
完成這一步之后需要通過菜單欄Mesh-creat mesh part將單元變成孤立網格。
在此基礎上即可創建零厚度的單元。點擊菜單欄Mesh下面的Edit，如下所示：
然后框選出中間縫隙的上面一層節點，之后再選擇下面一層的一個單元面，將縫隙的上面的所有節點投影到縫隙的下層。
投影完的效果如下，中間的縫隙不見了。
打開節點號的顯示，如下所示，可以發現在中間的一層位置處相同位置有兩個節點，也即是該層單元為零厚度單元
再之后，通過Assign Element Type可修改中間這一層重合的單元，修改為cohesive單元。
長安CAE的博客
http://blog.sina.com.cn/zuoerninan
展開 生成數條裂紋，用插入cohesive單元做二維巖石切削 ￥30
# 采用插入Cohesive單元生成多裂紋開展二維巖石切削模擬的必要性
在二維巖石切削數值模擬中，采用**插入Cohesive單元法生成多裂紋**是精準刻畫切削過程中巖石損傷、裂紋萌生-擴展-貫通及碎屑形成的核心技術手段，其必要性可從力學機理表征、數值計算精度、工程適用性三個維度展開分析。
從力學機理層面看，巖石切削本質是刀具與巖石接觸區的應力集中引發的脆性斷裂過程，伴隨多條微裂紋的萌生、擴展與貫通。Cohesive單元基于**內聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）**，可通過定義牽引-分離準則，精準描述巖石材料的斷裂過程：單元內部應力達到粘結強度前，表現為彈性變形；應力超過閾值后，單元剛度退化并伴隨能量耗散，直至單元失效形成裂紋。相較于傳統的脆性開裂模型（如最大主應力準則），Cohesive單元能夠同時表征巖石的**張開型（Ⅰ型）、滑開型（Ⅱ型）及混合型裂紋擴展**，完美契合切削過程中多裂紋的復雜擴展模式，而直接通過網格劃分預設裂紋的方法無法模擬裂紋的動態萌生過程，難以反映真實切削機理。
從數值計算精度層面分析，插入Cohesive單元法可實現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力集中區，同時在切削面下方產生次生裂紋，多條裂紋的擴展路徑相互影響，最終決定碎屑形態與切削力波動特征。Cohesive單元可預先嵌入巖石基體網格的薄弱面（如顆粒邊界、層理面）或全域分布，當局部應力滿足斷裂準則時，單元自動失效形成裂紋，無需人為預設裂紋路徑，有效避免了預設裂紋帶來的主觀性誤差。此外，Cohesive單元的剛度退化過程可平滑模擬裂紋擴展的能量耗散，解決了傳統有限元模擬中裂紋擴展時的網格畸變與計算不收斂問題，提升了切削力、裂紋擴展長度等關鍵參數的計算精度。
展開 
基于Abaqus的vumat進行纖維增強復合材料漸進損傷與失效仿真
當復合材料具備復雜結構（如連接結構）或承受復雜工況（如沖擊載荷）時，層內損傷的模式包括多種損傷模式纖維/基體脫粘、基體開裂和纖維斷裂，從而引起復合材料結構漸進失效。為了模擬這些現象，漸進損傷模型（PDM）在過去二十年中常被使用并已被證明是一種有效的方法。PDM通過材料退化建模模擬損傷開始后的材料性能衰減，為預測復合材料的準脆性破壞過程提供了一個準確的框架。PDM軟化規律的形式由材料裂縫萌生和擴展背后的物理機制決定，并影響初始損傷后的結構承載能力。
連接結構是復合材料應用的薄弱環節，其失效涉及復雜損傷機制。對于復合材料螺栓連接結構，開發三維漸進損傷模型模擬多搭接結構的失效，預測的基體失效、分層擴展失效模式可以與實驗對應。對于復合材料膠接結構，基于損傷演化模型研究了單搭接螺栓復合材料過盈配合接頭的承載行為，數值模型很好地捕捉了復材膠接平面微觀形態中的纖維斷裂和基體裂紋，表明漸進損傷模型在應用中具有較好精確性。
復合材料在服役過程中有可能經受外物沖擊而產生可見或不可見損傷。利用漸進損傷模型對復合材料層合板的沖擊損傷傳播過程進行模擬，可以發現在整個加載過程中，不同損傷模式在層間的非均勻傳播特征。基于漸進損傷模型建立層合板的損傷確定、逐步演化和本構關系等損傷分析過程，能夠精準預測復合材料受單次或多次的沖擊行為。
建立漸進損傷本構模型
建立纖維增強復合材料三維有限元模型，采用實體單元和內聚力cohesive單元分布模擬復合材料層內和層間損傷。
展開 汽車結構膠仿真模型MAT_169材料卡片的制作
據行業預測，未來五年內，單車結構膠用量將增長30%以上，成為汽車輕量化與安全設計的核心支撐技術。
結構膠接頭仿真分析
評估粘接接頭質量的方法往往是利用力學試驗去測試粘接接頭的性能。然而許多物理實驗耗時、費力、成本昂貴，而對整車的力學測試則需要更多的設備。
仿真分析能夠通過建立精確的模型，模擬結構膠在不同載荷條件下的力學行為。然而，仿真分析的準確性高度依賴于模型參數的設置。如果參數設置不準確，模擬結果與物理試驗之間可能存在較大誤差。因此，模型標定過程成為確保仿真結果可靠性的關鍵步驟。
仿真模型選擇
在結構膠連接的仿真模擬中，內聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）被廣泛用于描述膠層在載荷下的力學響應。內聚力模型通過定義內聚力與裂紋張開量之間的關系，能夠合理反映膠層失效界面附近的強度、韌度等物理屬性。
MAT_169（MAT_ARUP_ADHESIVE）是仿真分析軟件中提供的一種內聚力模型，專門用于模擬結構膠的力學性能。該模型將膠層簡化為一系列的法向和切向彈簧，通過定義材料參數來描述膠層的力學行為。
圖1 MAT_169材料模型的本構簡化模型
MAT_169材料模型中的材料參數為：
(1)定義材料彈塑性力學性能的參數，包括材料密度、彈性模量、泊松比、沿單元厚度方向最大正應力(TENMAX)和沿單元厚度方向最大剪應力(SHＲMAX)；
2)預報材料失效的參數，包括沿單元厚度方向正應力作用下的能量損耗(GCTEN)以及沿單元厚度方向剪應力作用下的能量損耗(GCSHR)。
展開 基于XFEM的裂紋擴展仿真過程詳解和仿真經驗交流（二）（包括直接循環載荷步疲勞裂紋擴展分析） ￥20
ABAQUS中集成的XFEM裂紋擴展仿真可以根據使用的模型分為三類：基于損傷力學內聚力模型（cohesive）的牽引分離定律、基于LEFM的虛擬裂紋閉合技術（VCCT）和基于Paris公式的疲勞裂紋擴展理論。第一種方法可以不用預制裂紋，適用于裂紋的萌生壽命分析，第二種不是很熟悉，第三種則必須預制裂紋，適用于裂紋的擴展壽命分析。下面將對這三種操作流程進行一一說明，以二維模型為例，三維模型基本相同。
讀者須知：經過很多次的仿真分析，在模型和參數基本相同的情況下，筆者發現基于cohesive和基于VCCT模型的裂紋擴展分析很難得到收斂，仿真難度較大，這有可能是參數設置的問題，部分參數修改之后還是能夠成功的，但也有可能是本人學藝未精，所以說只能是提及一下給個建議。但是基于Paris模型的方法仿真效果還不錯，因此本文僅對后者做詳細的說明，至于其余兩種方法只能夠簡單的說明一下其實現過程中的異同點。再次強調，本文只有基于Paris模型的direct cyclic分析步的仿真過程，誤買本帖的同學請別來罵我。
本文還將針對同學們在仿真過程中的一些問題提供解決方法和思路，其中包括：裂紋不發生擴展、每個cycle裂紋都會擴展一次等。
展開 君莫全系視頻75折優惠及線下培訓課程介紹
Cohesive內聚力模型
4.VCCT虛擬裂紋閉合技術
5.復合材料VUMAT子程序開發及應用
6.復合材料結構輔助建模插件工具應用
(1)內聚力模型(cohesive zone model)原理詳解（含本構關系、損傷起始、損傷演化、粘性正則化、材料參數測試方法及估算方法）
(2)cohesive單元建模（二維/三維、Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit）
(3)Surface-based cohesive粘接面的使用方法（Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit）
(4)VCCT虛擬裂紋閉合技術原理詳解
(5)VCCT使用方法（Abaqus/Standard、Abaqus/Explicit）
(6)復合材料三維實體單元VUMAT子程序詳解及應用
(7)內嵌二維編織復合材料VUMAT子程序及應用
(8)多種復合材料輔助建模工具使用方法介紹
練習：
(1)DCB雙懸臂梁模型建模（cohesive單元、cohesive粘接面、VCCT）
(2)小球沖擊復合材料層壓板建模（殼單元）
(3)小球沖擊復合材料層壓板建模（實體單元+VUMAT子程序）
備注
將提供該課程課件、配套CAE模型、配套子程序源代碼及多種復合材料輔助建模插件工具
高級班課程大綱：
類別
時間
主題
內容
高級班
第三天
上午
1.Abaqus復合材料 UVARM自定義輸出變量子程序及應用
2.Abaqus 復合材料USDFLD/VUSDFLD自定義場變量子程序開發及應用
3.Abaqus 復合材料VUSDFLD自定義場變量子程序開發及應用
內容：
(1)UVARM子程序原理及開發方法。
展開 