abaqus中斷裂
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
abaqus中斷裂的視頻教程
沉澱原創精品系列全套：XFEM-VCCT-Cohesive-contour等
本課程是abaqus中模擬斷裂的全套系列視頻，詳細解讀了abaqus中模擬斷裂的典型方法，看過之后，相信會對斷裂有個全新的認識，課程內介紹了大量細節講解，參數如何設置，為什么這樣設置，不單單是step by step操作，看過后還有不明白的，可以隨時聯系我，給解讀。
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abaqus中斷裂的實例教程
之前材料壓潰斷裂一直用Ls-dyna計算的，但考慮Abaqus利用Python參數化建模的優越性，所以采用Abaqus分析材料的壓潰斷裂。對標Ls-dyna的雙線性塑性材料模型MAT-24，考慮失效應變這一個斷裂指標。
材料參數：這里選擇Abaqus中最常用的金屬斷裂模型——Ductile Damage（延性損傷），材料參數如下：
材料參數模型（熱膨脹可忽略）
其中關于損傷失效的參數為
*Damage Initiation, criterion=DUCTILE ****
0.1, 0.3333, 0.
損傷開始，需要指定損傷應變，應力三軸度，應變率
*Damage Evolution, type=DISPLACEMENT
0.0,
損傷演化，需要指定演化路徑，比如這里指定位移為零
參考USim大佬公眾號給的應力三軸度圖表，這里簡單地取0.3333。
分析步：為了計算效率，這里采用顯式分析，時間為1e-4
顯示分析步
模型：采用一個正方體C3D8R單元，背面的三個面施加對稱約束，+Z面給定一個幅值為1的位移載荷。
長寬高均為1的正方體
結果：提取該單元的應變和Mises應力，給了不同的損傷起始應變和損傷演化斷裂位移，最后的結果如下圖
很明顯，損傷開始的起裂應變（Fracture Strain）就是材料損傷開始的等效塑性應變，而損傷演化中的位移類型中指定的失效位移（Displacement at Failure）就是從損傷開始到材料完全失效斷裂的位移值。
展開 再不就是用一些專業的斷裂力學軟件如zencrack，感興趣的可以自己找相關資料
還有就是比較新的cohesive element單元。我仔細讀了ABAQUS cohesive element的理論幫助，個人意見ABAQUS的cohesive element采用的是廣泛應用于混凝土的類似fictitious crack的方法。只考慮了Dugdale-Barenblatt energy mechanism。 這其中softening law 的影響是非常重要的。但ABAUQS似乎只提供了linear 或者exponential 的softening law，復雜的本構關系還需要另想辦法。至於基于Griffith-Irwin energy dissipation mechanism的J-integral值可以在LEFM分
析中單獨算。(ABAQUS用的是Suo Zhigang 和Hutchinson在1990一篇論文中提出的方
法) 目前cohesive fracture mechnics已經被應用于各種材料。不過在使用到納米
或者更小數量級的研究中碰到了不少問題，可能需要結合位錯和分子動力學的一些
理論。現有的cohesive element單元需要定義damage initiation和evolution的準則， softening準則目前好像只有linear和exponential，但對一般材料也夠用了。然后通過設置后處理display group可以看到裂紋擴展情況。裂紋擴展不是ABAQUS的強項，目前比較方便的只能用cohesive element，我做過幾個模型效果還可以，但對應的參數需要一定的實驗數據支持，否則做出來了也不知道對不對。
展開 Cohesive單元可以模擬三種基本斷裂形式：I型張開裂縫、II型滑移裂縫、III型撕開裂縫。其中后兩種破壞形式的驅動力為剪切力，所以可以稱為剪切破壞。
ABAQUS中其實已經提供了識別這兩種（拉伸和剪切）破壞形式的場輸出：MMIXDME、MMIXDMI。下面從定義、使用、結果演示等幾個方面進行介紹。
定義
幫助文檔中，二者定義如下：
MMIXDME，為損傷演化過程中混合斷裂模式的比例，定義為1-m1，位于單元積分點位置，單元未破壞時，其數值默認為-1；
MMIXDMI，為初始損傷時混合斷裂模式的比例，同樣定義為1-m1，位于單元積分點位置，單元未破壞時，其數值默認為-1；
后面看下m1的定義：
m1為Gn（一型張開斷裂能）與GT（三型斷裂能之和）的比值：
當m1為1，表示完全的拉伸破壞時，對應的MMIXDME和MMIXDMI數值為0；
當m1為0，表示完全的剪切破壞時，對應的MMIXDME和MMIXDMI數值為1；
通過這兩個參量，我們就可以判斷cohesive單元以哪種形式破壞為主。
使用方法
目前不支持GUI界面定義，Step模塊的場輸出無法找到MMIXDMI和MMIXDME。
展開 簡單來說，我讀了一下ABAQUS cohesive element的理論幫助，個人覺得ABAQUS的cohesive element采用的是廣泛應用于混凝土的類似fictitious crack的方法。只考慮了Dugdale-Barenblatt energy mechanism。 這其中softening law 的影響是非常重要的。但ABAUQS似乎只提供了linear 或者exponential 的softening law，復雜的本構關系還需要另想辦法。至於基於Griffith-Irwin energy dissipation mechanism的J-integral值可以在LEFM分析中單獨算。(ABAQUS用的是Suo Zhigang 和Hutchinson在1990一篇論文中提出的方法) 目前cohesive fracture mechnics已經被應用于各種材料。不過在使用到納米或者更小數量級的研究中碰到了不少問題，可能需要結合位錯和分子動力學的一些理論，我現在的研究中也碰到類似的一些問題，希望和大家一起討論。做裂紋ABAQUS有幾種常見方法。最簡單的是用debond命令, 定義*FRACTURE CRITERION, TYPE=XXX, 參數。。。** *DEBOND, SLAVE=XXX, MASTER=XXX, time increment=XX0,1, ……......time,0要想看到開裂特別注意需要在指定的開裂路徑上定義一個*Nset， 然后在*INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT中定義master, slave, 及指定的Nset這種方法用途其實較為有限。
展開 采用表格法，使得Lode角相關斷裂準則在abaqus中的應用。
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之前材料壓潰斷裂一直用Ls-dyna計算的，但考慮Abaqus利用Python參數化建模的優越性，所以采用Abaqus分析材料的壓潰斷裂。對標Ls-dyna的雙線性塑性材料模型MAT-24，考慮失效應變這一個斷裂指標。
材料參數：這里選擇Abaqus中最常用的金屬斷裂模型——Ductile Damage（延性損傷），材料參數如下：
材料參數模型（熱膨脹可忽略）
其中關于損傷失效的參數為
<p>個人自2012年從事abaqus的斷裂模擬相關工作，在斷裂方向以第一作者已發表SCI論文30多篇，主持國自然等項目多項，專業知識及技能請你放心，對于abaqus中的斷裂模擬基本手段早已得心應手。</p><p>個人從開始接觸斷裂模擬以來也都是辛苦一路走來，深知入門的艱辛。</p><p>在早些年斷裂的學習十分困難，沒有多余的學習資料和視頻，只能自己翻譯幫助文檔，自己摸索，四處網絡上詢問。
在Abaqus中，UEL斷裂相場程序是一種基于相場理論的有限元模型，可以模擬固體材料中的裂紋擴展和斷裂行為。該模型使用相場變量來描述材料的相域和裂紋的位置和形狀，并通過演化方程描述相場變量的時間演化和裂紋的擴展。通過在UEL程序中實現相場模型的演化方程和邊界條件，可以模擬裂紋擴展的過程，并計算出材料的應力、應變和損傷等。
采用表格法，使得Lode角相關斷裂準則在abaqus中的應用。
FNORMAL的定義略為復雜，在Abaqus中，斷裂面法線方向的參考坐標系并非當前鋪層的材料坐標系，且纖維和基體的斷裂面法線方向定義也不同，因此需要作一番推導。
</p><p>如果還有疑問，可以看個人錄制的xfem視頻：</p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c13821</p><p>或者全套斷裂視頻，對abaqus中模擬斷裂的方法進行詳細理解：</p><p>https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c13923</p><p>具體步驟只上圖了，文件自己去下載，如果看過例子和視頻還有疑問
在ABAQUS中計算斷裂參數K和J經常會用到圍線積分即contour integral，軟件中有單獨計算圍線積分的模塊，當然，在xfem（3D時）和debond（使用臨界應力、臨界裂紋張開位移、裂紋長度與時間準則時）中也可用計算圍線積分，計算得到的圍線積分通常輸出到dat文件中，我們需要打開dat文件挨個查詢裂紋每個分析步的每個增量步下的每個裂紋尖端的K1/K2/J值，這樣操作起來十分繁瑣，更不用說是提取這些結果到一個文件中再進行數據處理得到自己想要的曲線了
Cohesive單元可以模擬三種基本斷裂形式：I型張開裂縫、II型滑移裂縫、III型撕開裂縫。其中后兩種破壞形式的驅動力為剪切力，所以可以稱為剪切破壞。
ABAQUS中其實已經提供了識別這兩種（拉伸和剪切）破壞形式的場輸出：MMIXDME、MMIXDMI。下面從定義、使用、結果演示等幾個方面進行介紹。
定義
</p><p>ABAQUS中斷裂模擬的方法有很多，關鍵是結合自己的課題及方向，選擇最為合適的模擬方法，本人主攻斷裂失效模擬分析，而且有很多年的經驗，對于ABAQUS中的斷裂失效模擬方法都非常熟悉，可以快速地選擇最為合適你課題的模擬方法，如果做斷裂失效的朋友們遇到任何相關問題，大家可以共同探討（qq：1057593923）。
《ABAQUS中泰森多邊形Voronoi和有限離散元FDEM結合的晶體斷裂仿真》
作者：星辰北極星
這個專題是依托于POLARIS_Voronoi插件制作的一套仿真案例視頻，講述Voronoi多邊形結合FDEM在晶體仿真中的一些應用；FDEM是FEM和DEM的一個組合縮寫，也就是“有限離散元方法”，結合了有限元和離散元的特征，在ABAQUS中主要通過大量嵌入Cohesive單元來實現，這一方法目前廣泛應用于巖石
