零厚度內(nèi)聚力單元的案例
基于hypermesh零厚度內(nèi)聚力單元創(chuàng)建3D！ ￥50
背景: 內(nèi)聚力單元的使用越來越頻繁,內(nèi)聚力單元也廣泛的應(yīng)用于脆性材料甚至塑性材料的損傷破壞問題的有限元描述!那么如果用hm來構(gòu)建內(nèi)聚力單元,特別是零厚度的內(nèi)聚力單元呢? 如果是用過ABAQUS的朋友可能對這個問題不屑一顧，的確ABAQUS是我目前用過在內(nèi)聚力單元建立方面最好的通用前處理器軟件，特別是對于零厚度單元的構(gòu)建操作極其簡易。但是畢竟并不是所有的人都用abaqus，其中很多人用慣了hm，希望能直接在hm中構(gòu)建cohesive zone element， 下面就講下在hm中零厚度內(nèi)聚力單元的構(gòu)建方法。關(guān)鍵字： hypermesh， 零厚度內(nèi)聚力單元
目標(biāo)：
1.實現(xiàn)平板零厚度內(nèi)聚力單元的構(gòu)建,板子上下厚0.1m，中間插入一層零厚度單元。
2.曲面零厚度內(nèi)聚力單元的構(gòu)建
在如下兩者構(gòu)型中中插入零厚度內(nèi)聚力單元（ 1種平板結(jié)構(gòu)，1種曲面體結(jié)構(gòu)）
需要分如下兩步操作：
Step 1先生成含有厚度內(nèi)聚力單元模型
step 2 偏置有厚度內(nèi)聚力單元生成零厚度內(nèi)聚力單元模型
如下（隱去另一側(cè)單元便于顯示）
下面是step by step的教程和hm的練習(xí)模型
hm的版本是2017
展開 LS-DYNA有厚度/零厚度內(nèi)聚力單元建模案例（共節(jié)點法） ￥9.9
本案例為有厚度/零厚度內(nèi)聚力單元建模示范，操作軟件為LS-DYNA自帶的前處理器Ls-Prepost。
效果如下圖所示：
無厚度
有厚度
付費內(nèi)容為：
操作過程PDF文件
步驟詳細(xì)，演示形式為靜態(tài)圖片與動態(tài)圖片；給出了詳細(xì)的內(nèi)聚力單元層的材料參數(shù)及出處。
2. 對應(yīng)的K文件及計算結(jié)果
展開 任意單元間插入零厚度內(nèi)聚力單元的新腳本
腳本使用方法
（1）首先創(chuàng)建一個要插入內(nèi)聚力的零件，劃分網(wǎng)格
（2）將該零件添加至裝配中（此步驟不能遺漏）
（3）寫出inp文件：創(chuàng)建計算任務(wù)名，例如Job-1，則在本地寫出Job-1.inp
（4）為了防止再被各種盜版，該腳本添加了license和時間、單元數(shù)量限制，運行之前需要將名為license.key的許可證復(fù)制到abaqus當(dāng)前工作中。
（5）在Abaqus中運行腳本，會提示輸入inp文件名，如下圖所示。待處理的inp文件須放入工作目錄下。
程序執(zhí)行完成以后，會在本地生成名為“cohesive.inp”的文件，里面是單元和節(jié)點信息。并且將原始網(wǎng)格單元和新生成的內(nèi)聚力單元分別創(chuàng)建了單元集合，方便賦予屬性。
同時為了方便賦予屬性，程序自動將inp導(dǎo)入到了Abaqus CAE中，并創(chuàng)建了新的model、part和單元集。
零厚度內(nèi)聚力單元生成后，就可以建立完整的有限元模型去做隨機裂紋擴展分析了，下面是一個脆性材料開裂的案例。
展開 自研批量生成0厚度內(nèi)聚力單元插件 ￥400
該插件基于python語言批量生成內(nèi)聚力單元，使用該插件需要配置python語言環(huán)境。使用者可隨時反饋使用過程中遇到的任何問題，發(fā)送至郵箱shenz1hao@126.com，承諾修正一切問題。
插件功能具體包含：
（1）三種插入方式：兩種材料內(nèi)部+邊界、僅邊界、邊界+一種材料內(nèi)部
（2）任意單元形式：三角形單元、四邊形單元、六面形單元、楔形單元、四面體單元以及這些單元之間的任意組合
（3）單元數(shù)量及INP生成方式無限制
abaqus 2020 熱力耦合內(nèi)聚力單元初探
最近嘗試了一下abaqus 2020 熱力耦合內(nèi)聚力單元，給的是零厚度。但是，好像和我自己編的子程序存在差異，用零厚度熱力耦合內(nèi)聚力單元（coh2d4T）結(jié)果也不是很合理，不知道是什么原因。沒有看到相應(yīng)幫助文檔。好像不對稱，邊界是對稱的，挺奇怪的。模型中間是零厚度的內(nèi)聚力。
我的子程序結(jié)果
具體的內(nèi)聚力傳熱可以看看我們的文章：
Analysis of delamination and heat conductivity of epoxy
impregnated pancake coils using a cohesive zone model
展開 阿信案例——voronoi晶粒模型的優(yōu)化對網(wǎng)格質(zhì)量的影響
原因就在于：常規(guī)算法得到的voronoi圖形出現(xiàn)的短邊和小平面會導(dǎo)致模型整體單元數(shù)量增加以及不良單元出現(xiàn)概率增大。解決這類問題的方法就是：voronoi圖形優(yōu)化，去除短邊和小平面。
本期案例為一個立方體模型，晶粒數(shù)量均為20個，對比voronoi多面體經(jīng)過圖形優(yōu)化和沒有優(yōu)化的網(wǎng)格差異。
圖1、voronoi晶粒形狀優(yōu)化與網(wǎng)格質(zhì)量對比，左圖為Cubic_1、右圖為Cubic_2，從上至下依次為幾何結(jié)構(gòu)圖、網(wǎng)格剖分圖，零厚度內(nèi)聚力單元晶界圖
從上圖可知，經(jīng)過形狀優(yōu)化后的voronoi晶粒模型網(wǎng)格質(zhì)量得到了有效提升，網(wǎng)格數(shù)量明顯下降，不良單元得到了消除。不難看出，經(jīng)過優(yōu)化的模型，計算時長和結(jié)果精度將會優(yōu)于未優(yōu)化的模型。
注： 本項目目前不接受答疑，僅提供工程協(xié)作，協(xié)作范圍：各類立方體狀、柱狀、球狀voronoi晶粒模型的構(gòu)建，包含但不限于：常規(guī)模型，優(yōu)化模型，晶粒長大模型、包含亞晶粒的多尺度晶粒模型等。
如需協(xié)作請?zhí)崆皩€人需求整理成word，私信留言，我會及時回復(fù)。
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展開 輕骨料混凝土細(xì)觀損傷演化分析
圖2（a）紅色的單元為輕骨料混凝土內(nèi)聚力單元，單元數(shù)量為6885個，藍(lán)色區(qū)域為輕骨料單元，單元數(shù)量為5313個。圖2（b）紅色的單元為骨料-砂漿界面過渡區(qū)內(nèi)聚力單元，單元數(shù)量為2169個。圖2（c）紅色單元為砂漿內(nèi)聚力單元，單元數(shù)量為14650個。
(a)輕骨料混凝土骨料內(nèi)聚力單元 (b)界面過渡區(qū)內(nèi)聚力單元 (c)砂漿內(nèi)聚力單元
圖2 輕骨料混凝土細(xì)觀模型中內(nèi)聚力單元示意圖
2.1.3 輕骨料混凝土細(xì)觀模型的建立
采用1.5mm的單元尺寸網(wǎng)格對生成的多邊形輕骨料混凝土模型進(jìn)行單元劃分，同時在輕骨料混凝土模型的全局區(qū)域內(nèi)嵌入內(nèi)聚力單元，這樣將會形成足夠精細(xì)的裂紋擴展區(qū)，使得輕骨料混凝土的裂紋擴展與真實混凝土裂紋擴展更加類似，由于內(nèi)聚力單元非線性的損傷演化，為提高輕骨料混凝土細(xì)觀模型分析的收斂性，采用Abaqus動力顯式模塊進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)分析，且加載過程中采用速度平滑加載來實現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)加載過程。
輕骨料混凝土細(xì)觀模型尺寸為100mm×300mm，輕骨料混凝土細(xì)觀數(shù)值模型單軸受壓如圖3所示。
圖3 輕骨料混凝土細(xì)觀數(shù)值模型單軸受壓示意圖
2.2 輕骨料混凝土細(xì)觀組分本構(gòu)關(guān)系
砂漿與骨料之間的界面過渡區(qū)（ITZ）、輕骨料內(nèi)界面和砂漿內(nèi)界面（MII）均采用內(nèi)聚力單元模擬，內(nèi)聚力模型采用了適用于模擬裂縫的牽引力-分離本構(gòu)關(guān)系，本文采用的是沒有幾何厚度的內(nèi)聚力單元，因此在進(jìn)行數(shù)值分析時，需要假設(shè)一個初始厚度，在ABAQUS軟件中默認(rèn)零厚度內(nèi)聚力單元的初始厚度為1。由于開裂位移很難測定，本文通過斷裂能參數(shù) 來表示位移參數(shù)，斷裂能與開裂位移的關(guān)系如下：
2.3 輕骨料混凝土單軸受壓數(shù)值模擬
輕骨料混凝土受壓模擬破壞結(jié)果如圖4所示，本文模擬得到的輕骨料混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線與王振宇等人開展的輕骨料混凝土試驗結(jié)果進(jìn)行對比，如圖5所示。
展開 abaqus里的非線性薄層單元，零厚度cohesive單元，goodman接觸單元等的基本形式是什么？如何構(gòu)建與應(yīng)用？
在使用Abaqus，Comsol等軟件進(jìn)行薄層區(qū)域的力學(xué)分析過程中，例如在研究水壓致裂、裂縫擴展，接觸粘結(jié)滑移的這類薄層力學(xué)性質(zhì)時，我們經(jīng)常需要采用應(yīng)力-相對位移(σ-u)關(guān)系，而不是傳統(tǒng)本構(gòu)描述的應(yīng)力-應(yīng)變(σ-ε)關(guān)系來描述，例如Abaqus里面的Cohesive單元，Goodman單元，以及Comsol里的彈性薄層（在后面我把這類單元統(tǒng)稱為增量非線性力學(xué)薄層）。這類單元厚度非常小甚至為0，薄層兩側(cè)的節(jié)點（單元）用一組力（應(yīng)力）與相對位移的關(guān)系方程聯(lián)系起來，例如給出一個形式最為簡單的典型應(yīng)力-位移方程
此方程描述了1,2,3方向（通常是法向和兩個切向）上相對位移與應(yīng)力的關(guān)系，應(yīng)力與相對位移呈線性關(guān)系，類似于“線性彈簧”。但是對于土-結(jié)構(gòu)接觸、裂縫的張開閉合這類問題，線性方程已經(jīng)不足以準(zhǔn)確描述這些物理量之間的關(guān)系，這時就需要引入增量非線性方程來構(gòu)建薄層單元。
引入增量非線性薄層的概念之前，首先介紹一下全量非線性薄層以理解非線性的概念，首先給出以下公式
這是一個全量非線性薄層，其非線性的表現(xiàn)可以用下面幾個例子體現(xiàn)，
對比①和②項，可以發(fā)現(xiàn)僅存在3方向上的位移變化的情況下，1，2方向上的力也會發(fā)生改變，體現(xiàn)了彈簧三個方向力學(xué)性質(zhì)的非獨立性，對比①和③項，可以發(fā)現(xiàn)力的大小并不和位移大小成正比，也就是非線性特征。
所以對于增量非線性方程，就是把應(yīng)力-位移關(guān)系方程寫成應(yīng)力增量-位移增量的關(guān)系方程，例如
寫成微分形式的好處是，可以體現(xiàn)出應(yīng)力路徑對位移結(jié)果的影響，也就是類似于“塑性”特征（所以所有的彈塑性本構(gòu)也都是增量方程）。但是對于此類微分方程的求解，必須給定一個力的初始值。
展開 abaqus 內(nèi)聚力單元插件 ，不限制網(wǎng)格數(shù)量 ￥5
[圖片]
考慮三軸度影響的內(nèi)聚力單元本構(gòu)
考慮三軸度影響的內(nèi)聚力單元本構(gòu)
內(nèi)聚力單元被廣泛應(yīng)用于模擬各種斷裂行為。本文采用三軸度相關(guān)的內(nèi)聚力本構(gòu)模型模擬了材料的斷裂失效行為。有效三軸度參數(shù)
其中
αc為雙軸度比的臨界值
其中
三軸度相關(guān)的內(nèi)聚力模型本構(gòu)由三部分組成：線彈性階段，彈塑性階段及軟化階段，如下式所示。
其中
根據(jù)上述本構(gòu)，編寫三軸度相關(guān)內(nèi)聚力模型UMAT子程序，通過單胞計算得到的結(jié)果如圖所示。
在進(jìn)行真實試件計算時，需要將相鄰實體單元的三軸度參數(shù)傳遞給內(nèi)聚力單元，如圖所示。
Abaqus中具體實施時，通過UVARM子程序獲得當(dāng)前實體單元的應(yīng)力狀態(tài)，并計算得到對應(yīng)的三軸度，然后通過公共變量實現(xiàn)UVARM和UMAT之間的數(shù)據(jù)交換，將實體單元的相關(guān)參數(shù)傳遞給對應(yīng)的Cohesive單元。計算得到的結(jié)果如下圖所示。
展開 【CAE案例】熱裂紋仿真：引入內(nèi)聚力單元以及應(yīng)用前景
作為一個例子，當(dāng)溫度為1400°C時的內(nèi)聚力法則的參數(shù)k0=10-5，σc=22Mpa，δc=0.04mm
內(nèi)聚力法（通過對試驗的調(diào)整來確定）允許在有裂紋和非無裂紋試樣之間有一個明顯的分界。
05 結(jié)論
本研究通過對熱裂紋產(chǎn)生原因的分析，在SPAR項目框架內(nèi)展開宏觀建模，并使用通用結(jié)構(gòu)仿真軟件中的熱力學(xué)計算進(jìn)行測試，最后引入內(nèi)聚力單元以更深一步對熱裂紋進(jìn)行分析和研究。
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如何提高運用內(nèi)聚力單元時的收斂性
最早是看高雁飛老師的一篇文章 cohesive，2004 他引入了一個一個粘性系數(shù)，來提高收斂性。這也是abaqus 內(nèi)置的 viscous regularization的方法。也就是第一種方法（1) viscous regularization
(2) automatic stabilization
也就是施加自動材料或者模型阻尼
（3） non-default solution controls.
詳細(xì)的介紹大家可以看看 advance in numerical model in adhesive joints 和高老師文章.
Abaqus批量插入內(nèi)聚力單元插件源碼分享
之前在Simwe論壇上分享過一個Abaqus中批量插入內(nèi)聚力單元的插件http://forum.simwe.com/thread-1287781-1-1.html，這里把當(dāng)時的源碼分享給大家，功能比較單一，有需要的可以下載下來自行修改及使用。
插入內(nèi)聚力單元的效果
注意：目前只支持實體的六面體單元，生成的Cohesive單元為零厚度。下載的插件解壓后放到abaqus工作文件夾的abaqus_plugins文件夾中，重啟abaqus就能在工具欄plugins下面看到Cohesive按鈕。
這個插件的運行速度還算比較快，像包含256000個單元的球體，生成COHESIVE單元只需要60幾秒。幾萬個單元的話，幾秒中就能生成完畢。
V3.2.rar
Insert_Coh.zip
有關(guān)于Abaqus、LS-DYNA等子程序開發(fā)，復(fù)合材料仿真的問題可以聯(lián)系QQ1653004885或者關(guān)注CAE320公眾號
展開 內(nèi)聚力單元二次開發(fā)子程序
支持二維，三維(四面體和六面體)。
Abaqus創(chuàng)建零厚度cohesive單元
使用內(nèi)聚力模型（cohesive zone）模擬裂紋的產(chǎn)生和擴展，需要在預(yù)計產(chǎn)生裂紋的區(qū)域加入cohesive層。建立cohesive層的方法主要有：
方法一、建立完整的結(jié)構(gòu)，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(jié)點，并以此傳遞力和位移。
方法二、分別建立cohesive層和其他結(jié)構(gòu)部件的實體模型，通過“tie”綁定約束，使得cohesive單元兩側(cè)的單元位移和應(yīng)力協(xié)調(diào)。
有些情況下需要建立零厚度的cohesive單元以進(jìn)行裂紋擴展的計算模擬，下面以第一種方法進(jìn)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(shè)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(jìn)行網(wǎng)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(wǎng)格。
在此基礎(chǔ)上即可創(chuàng)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(jié)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(jié)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(jié)點號的顯示，如下所示，可以發(fā)現(xiàn)在中間的一層位置處相同位置有兩個節(jié)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
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