內(nèi)聚區(qū)模型的案例
COMSOL固化仿真
現(xiàn)在正在仿真膠體在金屬殼體中的固化過程，而我在建立膠體與金屬殼體接觸面的粘附、以及固化后可能脫粘的模型時，在網(wǎng)上看到有人說Cohesive Zone Model（內(nèi)聚區(qū)模型）能夠準確描述，但是我怎么找都沒找到，請問各位大佬這個模型存在嗎？在哪個位置，如何找出來？如果沒有這個模型，還有什么方法可以模擬膠體與金屬殼體接觸面的粘附、以及固化后可能脫粘情況？
三維復(fù)合材料CT試樣裂紋擴展模擬 ￥20
方法教程來自于外網(wǎng)，附件是自己根據(jù)教程練習時建的cae模型，供參考。
圖1：計算結(jié)果
1.介紹：
緊湊型拉伸試樣的幾何形狀如圖2所示。該材料是碳/環(huán)氧復(fù)合材料。復(fù)材鋪層為（08,908）S
圖2 模型尺寸
該模型分為3個分區(qū)，分別代表3組層板：08、9016和08。層間的失效未建模。
關(guān)于X-FEM：
X-FEM可以與兩種方法結(jié)合使用：
-內(nèi)聚區(qū)模型（基于X-FEM的內(nèi)聚行為）
-虛擬裂紋閉合技術(shù)（基于X-FEM的LEFM方法）
在本教程中，將使用以上兩種方法。基于X-FEM的內(nèi)聚行為適合于對延性材料的破壞進行模擬（90°層中的基體破壞），而基于LEFM方法的X-FEM適合于對脆性材料的破壞進行模擬（0°層中的纖維破壞）。
2.初始裂紋位置
3.基于材料cohesive行為的XFEM定義（90°層中的基體破壞、延性）
定義屬性：
材料屬性賦予部件（是中間的3個cell）
定義方向：
定義XFEM（中間三個cell）
3.基于線彈性斷裂力學(xué)的XFEM定義（0°層中的纖維破壞、脆性）
定義XFEM（前面三個cell）定義XFEM（后面三個cell）
4.控制輸出
5. 修改常規(guī)解決方案控件以改善收斂行為
展開 設(shè)計仿真 | Marc 復(fù)合材料分層仿真分析
01 背景
通過虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）的裂紋擴展，以及使用界面元素的內(nèi)聚區(qū)模型的損傷演化，研究了厚復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的分層問題。復(fù)合材料有四層，在第3層和第4層之間有一個初始缺陷。結(jié)構(gòu)承受壓縮載荷，導(dǎo)致零件在初始缺陷處屈曲。
VCCT模型通過“粘接失效”選項定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進行常規(guī)接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴展。通過界面元件，在部件之間存在彈性層。
使用VCCT，零件具有完美的結(jié)合，直到出現(xiàn)裂紋擴展。用戶輸入裂紋擴展阻力（Gc）以指示裂紋何時應(yīng)擴展，此處（Gc）被視為裂紋性質(zhì)，粘性區(qū)模型在界面中使用彈性層，這也會影響結(jié)構(gòu)在發(fā)生任何損壞之前的變形。為內(nèi)聚材料定律輸入的內(nèi)聚能量（也稱為Gc）被視為界面元素的材料性質(zhì)，在VCCT情況下，這種內(nèi)聚能與裂紋擴展阻力之間的關(guān)系是，兩者都與分裂材料所需的能量有關(guān)。
02設(shè)置
圖1顯示了識別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細的網(wǎng)格，以便準確描述缺陷區(qū)域并允許裂紋擴展。
圖1 VCCT計算模型
在圖2中，顯示了頂部的底面，膠失活區(qū)域和裂縫前緣。
圖2 模型底面
可以在Mentat中找到“粘接失效”設(shè)置，如下所示：
圖3 接觸區(qū)域?qū)傩圆藛?裂縫的產(chǎn)生方式如下。在這里，選擇要VCCT的應(yīng)用程序，并在VCCT裂紋擴展屬性菜單中填寫裂紋擴展的設(shè)置（見圖4）。我們確保將初始裂紋擴展模式設(shè)置為“直接”，將裂紋擴展方法設(shè)置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時應(yīng)出現(xiàn)裂紋擴展。
展開 Marc 復(fù)合材料分層仿真分析
01 背景
通過虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）的裂紋擴展，以及使用界面元素的內(nèi)聚區(qū)模型的損傷演化，研究了厚復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的分層問題。復(fù)合材料有四層，在第3層和第4層之間有一個初始缺陷。結(jié)構(gòu)承受壓縮載荷，導(dǎo)致零件在初始缺陷處屈曲。
VCCT模型通過“粘接失效”選項定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進行常規(guī)接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴展。通過界面元件，在部件之間存在彈性層。
使用VCCT，零件具有完美的結(jié)合，直到出現(xiàn)裂紋擴展。用戶輸入裂紋擴展阻力（Gc）以指示裂紋何時應(yīng)擴展，此處（Gc）被視為裂紋性質(zhì)，粘性區(qū)模型在界面中使用彈性層，這也會影響結(jié)構(gòu)在發(fā)生任何損壞之前的變形。為內(nèi)聚材料定律輸入的內(nèi)聚能量（也稱為Gc）被視為界面元素的材料性質(zhì)，在VCCT情況下，這種內(nèi)聚能與裂紋擴展阻力之間的關(guān)系是，兩者都與分裂材料所需的能量有關(guān)。
02 設(shè)置
圖1顯示了識別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細的網(wǎng)格，以便準確描述缺陷區(qū)域并允許裂紋擴展。
圖1 VCCT計算模型
在圖2中，顯示了頂部的底面，膠失活區(qū)域和裂縫前緣。
圖2 模型底面
可以在Mentat中找到“粘接失效”設(shè)置，如下所示：
圖3 接觸區(qū)域?qū)傩圆藛? 裂縫的產(chǎn)生方式如下。在這里，選擇要VCCT的應(yīng)用程序，并在VCCT裂紋擴展屬性菜單中填寫裂紋擴展的設(shè)置（見圖4）。我們確保將初始裂紋擴展模式設(shè)置為“直接”，將裂紋擴展方法設(shè)置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時應(yīng)出現(xiàn)裂紋擴展。
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Marc復(fù)合材料分層仿真分析
背景
通過虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）的裂紋擴展，以及使用界面元素的內(nèi)聚區(qū)模型的損傷演化，研究了厚復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的分層問題。復(fù)合材料有四層，在第3層和第4層之間有一個初始缺陷。結(jié)構(gòu)承受壓縮載荷，導(dǎo)致零件在初始缺陷處屈曲。
VCCT模型通過“粘接失效”選項定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進行常規(guī)接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴展。通過界面元件，在部件之間存在彈性層。
使用VCCT，零件具有完美的結(jié)合，直到出現(xiàn)裂紋擴展。用戶輸入裂紋擴展阻力（Gc）以指示裂紋何時應(yīng)擴展，此處（Gc）被視為裂紋性質(zhì)，粘性區(qū)模型在界面中使用彈性層，這也會影響結(jié)構(gòu)在發(fā)生任何損壞之前的變形。為內(nèi)聚材料定律輸入的內(nèi)聚能量（也稱為Gc）被視為界面元素的材料性質(zhì)，在VCCT情況下，這種內(nèi)聚能與裂紋擴展阻力之間的關(guān)系是，兩者都與分裂材料所需的能量有關(guān)。
設(shè)置
圖1顯示了識別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細的網(wǎng)格，以便準確描述缺陷區(qū)域并允許裂紋擴展。
圖1 VCCT計算模型
在圖2中，顯示了頂部的底面，膠失活區(qū)域和裂縫前緣。
圖2 模型底面
可以在Mentat中找到“粘接失效”設(shè)置，如下所示：
圖3 接觸區(qū)域?qū)傩圆藛? 裂縫的產(chǎn)生方式如下。在這里，選擇要VCCT的應(yīng)用程序，并在VCCT裂紋擴展屬性菜單中填寫裂紋擴展的設(shè)置（見圖4）。我們確保將初始裂紋擴展模式設(shè)置為“直接”，將裂紋擴展方法設(shè)置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時應(yīng)出現(xiàn)裂紋擴展。
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VCCT模型通過“粘接失效”選項定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進行常規(guī)接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴展。通過界面元件，在部件之間存在彈性層。
使用VCCT，零件具有完美的結(jié)合，直到出現(xiàn)裂紋擴展。用戶輸入裂紋擴展阻力（Gc）以指示裂紋何時應(yīng)擴展，此處（Gc）被視為裂紋性質(zhì)，粘性區(qū)模型在界面中使用彈性層，這也會影響結(jié)構(gòu)在發(fā)生任何損壞之前的變形。為內(nèi)聚材料定律輸入的內(nèi)聚能量（也稱為Gc）被視為界面元素的材料性質(zhì)，在VCCT情況下，這種內(nèi)聚能與裂紋擴展阻力之間的關(guān)系是，兩者都與分裂材料所需的能量有關(guān)。
展開 Abaqus復(fù)合材料螺栓接頭的失效分析
圖8 : von Mises stress包絡(luò)圖
位移/變形結(jié)果
圖9 : 位移云圖、變形和未變形對比
損傷相關(guān)結(jié)果
為了評估模型的損傷特征(Hashin萌生準則+斷裂能量損傷演化)，需要定義一定的場輸出。對于Hashin，每個不同層的失效都得到一個單獨輸出。有關(guān)輸出如下:
-HSNFTCRT
-HSNFCCRT
-HSNMTCRT
-HSNMCCRT
其中，F(xiàn)T、FC、MT、MC分別對應(yīng)于纖維拉伸、纖維壓縮、基材拉伸和基材壓縮。
圖10 : Hashin準則對拉伸(top-PLY 2)和壓縮(bottom-PLY 4) 的纖維損傷
圖11：Hashin準則對拉伸(top – PLY 3)和壓縮(bottom- PLY 1)的基材損傷
損傷演化要求定義特定的場輸出，類似于Hashin，相關(guān)的輸出字段如下：
-DAMAGEFT
-DAMAGEFC
-DAMAGEMT
-DAMAGEMC
圖12 : 損傷演化云圖，對拉伸(top-ply 2)和壓縮(bottom-ply 4)的纖維損傷
力輸出
討論
在此類層壓復(fù)合材料中，單個層的失效模式和層間剪切應(yīng)力對于構(gòu)件的結(jié)構(gòu)評估至關(guān)重要。此外，損傷萌生后，復(fù)合材料仍能承受一定的負荷，因此，對復(fù)合材料的剩余承載特性進行評估也是十分重要。本文未對分層失效進行建模，可以使用Cohesive Zone Model內(nèi)聚區(qū)模型或虛擬裂紋閉合Virtual Crack Closure技術(shù)實現(xiàn)。
（
文章來源于iCAETube ，作者江丙云）
展開 案例36-基于VCCT的復(fù)合材料疊層T形接頭裂紋擴展模擬
下表顯示了模型中裂紋尖端在兩個不同時間步長下的能量釋放速率值，即裂紋擴展之前和擴展時：
表數(shù)據(jù)顯示，裂紋擴展首先發(fā)生在裂紋尖端1和2處，而裂紋尖端3和4處的裂紋擴展稍晚。這種行為表明，主要分層首先發(fā)生在曲線區(qū)域的三角形和覆層之間的界面上，然后發(fā)生在UD編織物和三角形之間。同樣，對于裂紋尖端1、2和4，斷裂標準比比裂紋擴展開始后高得多，表明裂紋擴展不穩(wěn)定。為避免過度預(yù)測最大加載，使用較小的最小時間步長（DTMIN）值。
下圖顯示了能量釋放率的增加，直到發(fā)生失效：
該圖顯示了反作用力隨Y方向位移的變化。T形接頭模型在時間t1、t2和t3的響應(yīng)表明，反作用力首先增加，并在裂紋擴展開始之前達到最大值。在時間t3之后，幾乎所有的裂紋都開始生長。當裂紋擴展開始時，力突然下降并穩(wěn)定下降。
通過界面單元的變形或在后處理中從模型中隱藏界面單元，很容易觀察到分層。
下圖顯示了不同時間步下板的分層情況：
裂紋尖端1和3的裂紋擴展最終合并，從而分離層壓板。
與脫粘能力的比較
使用接觸單元的現(xiàn)有脫粘能力分析T形接頭。內(nèi)聚區(qū)模型（CZM）描述了接觸界面的行為。該模型使用一個選項來定義具有牽引力和臨界斷裂能（TB，CZM，，，，TBOPT=CBDE）的雙線性材料行為。邊界條件和載荷與VCCT模型中的相同，預(yù)定義的裂紋模型用于相同的裂紋尺寸。
下表顯示了CZM模型的輸入?yún)?shù)：
以下示例輸入定義了粘性區(qū)模型：
下圖顯示了具有相同網(wǎng)格的VCCT和CZM模型中的Y分量應(yīng)力。
與VCCT模型類似，CZM中的脫粘從彎曲裂紋部分開始，然后與水平裂紋部分的脫粘合并，從而分離層壓板。
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