VCCT模型的案例
案例36-基于VCCT的復(fù)合材料疊層T形接頭裂紋擴(kuò)展模擬
下表顯示了模型中裂紋尖端在兩個(gè)不同時(shí)間步長下的能量釋放速率值，即裂紋擴(kuò)展之前和擴(kuò)展時(shí)：
表數(shù)據(jù)顯示，裂紋擴(kuò)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(kuò)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(duì)于裂紋尖端1、2和4，斷裂標(biāo)準(zhǔn)比比裂紋擴(kuò)展開始后高得多，表明裂紋擴(kuò)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(shí)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(shí)間t1、t2和t3的響應(yīng)表明，反作用力首先增加，并在裂紋擴(kuò)展開始之前達(dá)到最大值。在時(shí)間t3之后，幾乎所有的裂紋都開始生長。當(dāng)裂紋擴(kuò)展開始時(shí)，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(shí)間步下板的分層情況：
裂紋尖端1和3的裂紋擴(kuò)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(gè)選項(xiàng)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。
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(kuò)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(gè)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(xiàng)定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點(diǎn)應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識(shí)別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進(jìn)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(gè)部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)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(kuò)展。用戶輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc）以指示裂紋何時(shí)應(yīng)擴(kuò)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(huì)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(kuò)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(shí)別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細(xì)的網(wǎng)格，以便準(zhǔn)確描述缺陷區(qū)域并允許裂紋擴(kuò)展。
圖1 VCCT計(jì)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(kuò)展屬性菜單中填寫裂紋擴(kuò)展的設(shè)置（見圖4）。我們確保將初始裂紋擴(kuò)展模式設(shè)置為“直接”，將裂紋擴(kuò)展方法設(shè)置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時(shí)應(yīng)出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。
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VCCT詳細(xì)資料
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(kuò)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(gè)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(xiàng)定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點(diǎn)應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識(shí)別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進(jìn)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(gè)部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)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(kuò)展。用戶輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc）以指示裂紋何時(shí)應(yīng)擴(kuò)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(huì)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(kuò)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(shí)別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細(xì)的網(wǎng)格，以便準(zhǔn)確描述缺陷區(qū)域并允許裂紋擴(kuò)展。
圖1 VCCT計(jì)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(kuò)展屬性菜單中填寫裂紋擴(kuò)展的設(shè)置（見圖4）。我們確保將初始裂紋擴(kuò)展模式設(shè)置為“直接”，將裂紋擴(kuò)展方法設(shè)置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時(shí)應(yīng)出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。
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設(shè)計(jì)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(kuò)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(gè)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(xiàng)定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點(diǎn)應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識(shí)別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進(jìn)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(gè)部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)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(kuò)展。用戶輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc）以指示裂紋何時(shí)應(yīng)擴(kuò)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(huì)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(kuò)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(shí)別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細(xì)的網(wǎng)格，以便準(zhǔn)確描述缺陷區(qū)域并允許裂紋擴(kuò)展。
圖1 VCCT計(jì)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(kuò)展屬性菜單中填寫裂紋擴(kuò)展的設(shè)置（見圖4）。我們確保將初始裂紋擴(kuò)展模式設(shè)置為“直接”，將裂紋擴(kuò)展方法設(shè)置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時(shí)應(yīng)出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。
展開 基于XFEM的裂紋擴(kuò)展仿真過程詳解和仿真經(jīng)驗(yàn)交流（三）
第三部分、基于XFEM_COHESIVE & VCCT的裂紋擴(kuò)展仿真分析
接著上部分的內(nèi)容，擔(dān)心有些同學(xué)會(huì)搞混淆，這里把cohesive和VCCT兩個(gè)模型單獨(dú)拿出來說一下，主要說一下與Paris模型仿真的不同之處。由于這部分我用的比較少，難免會(huì)有考慮不周和認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的地方還請(qǐng)大家批評(píng)指正。
####通用靜態(tài)分析步下的XFEM_COHESIVE裂紋擴(kuò)展仿真####
首先需要說明的是，三種方法的默認(rèn)裂紋擴(kuò)展方向準(zhǔn)則好像都是MTS準(zhǔn)則即最大周向應(yīng)力準(zhǔn)則，因此，只要你的網(wǎng)格劃分合理，邊界條件定義正確，裂紋的擴(kuò)展軌跡基本上相同。不同之處在于疲勞裂紋擴(kuò)展壽命問題，它與模型和材料參數(shù)有關(guān)，如果仿真結(jié)果不是很理想，不妨換種仿真模型或者調(diào)整參數(shù)。
（1） part：可以選擇不建立crack實(shí)體，即無預(yù)制裂紋仿真，程序會(huì)根據(jù)你定義的參數(shù)判斷富集域部分單元的起裂條件，通過牽引分離定律判斷單元的損傷程度，包括最大主應(yīng)力和臨界能量釋放率條件或者最大位移條件。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | Marc 復(fù)合材料分層仿真分析
VCCT模型通過“粘接失效”選項(xiàng)定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點(diǎn)應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識(shí)別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進(jìn)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(gè)部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)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(kuò)展。用戶輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc）以指示裂紋何時(shí)應(yīng)擴(kuò)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(huì)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(kuò)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 基于XFEM的裂紋擴(kuò)展仿真過程詳解和仿真經(jīng)驗(yàn)交流（二）（包括直接循環(huán)載荷步疲勞裂紋擴(kuò)展分析） ￥20
第二部分、基于XFEM_paris模型的裂紋擴(kuò)展仿真分析
相比于靜態(tài)裂紋參數(shù)計(jì)算問題，裂紋擴(kuò)展仿真在學(xué)術(shù)和工程領(lǐng)域更為人們所關(guān)注，常用的方法有網(wǎng)格重劃分技術(shù)、邊界元法、無網(wǎng)格方法和XFEM，其中，XFEM通過引入水平集法和單位分解等思想實(shí)現(xiàn)了實(shí)體與裂紋相互獨(dú)立，在裂紋擴(kuò)展的過程中不需要更新網(wǎng)格，提高了計(jì)算效率。ABAQUS中集成的XFEM裂紋擴(kuò)展仿真可以根據(jù)使用的模型分為三類：基于損傷力學(xué)內(nèi)聚力模型（cohesive）的牽引分離定律、基于LEFM的虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）和基于Paris公式的疲勞裂紋擴(kuò)展理論。第一種方法可以不用預(yù)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(yù)制裂紋，適用于裂紋的擴(kuò)展壽命分析。下面將對(duì)這三種操作流程進(jìn)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(jīng)過很多次的仿真分析，在模型和參數(shù)基本相同的情況下，筆者發(fā)現(xiàn)基于cohesive和基于VCCT模型的裂紋擴(kuò)展分析很難得到收斂，仿真難度較大，這有可能是參數(shù)設(shè)置的問題，部分參數(shù)修改之后還是能夠成功的，但也有可能是本人學(xué)藝未精，所以說只能是提及一下給個(gè)建議。但是基于Paris模型的方法仿真效果還不錯(cuò)，因此本文僅對(duì)后者做詳細(xì)的說明，至于其余兩種方法只能夠簡單的說明一下其實(shí)現(xiàn)過程中的異同點(diǎn)。再次強(qiáng)調(diào)，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(xué)請(qǐng)別來罵我。
本文還將針對(duì)同學(xué)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(fā)生擴(kuò)展、每個(gè)cycle裂紋都會(huì)擴(kuò)展一次等。
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Abaqus復(fù)合材料失效理論及應(yīng)用
10.復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
內(nèi)容：
(1)Abaqus內(nèi)嵌的二維失效判據(jù)使用方法
(Tsai-Wu,Tsai-Hill,Maxs等)
(2)Abaqus內(nèi)嵌的二維hashin判據(jù)使用方法
(3)Abaqus內(nèi)嵌二維hashin漸進(jìn)失效分析方法（Standard、Explicit）
練習(xí)：
(1)復(fù)合材料層壓板多種失效判據(jù)使用
(2)開孔板拉伸模型漸進(jìn)損傷分析
第二天下午
11. cohesive行為
12. VCCT技術(shù)
13.使用
Abaqus/Explicit模擬層壓板沖擊
內(nèi)容：
(1)內(nèi)聚力本構(gòu)模型的介紹
(2)cohesive單元建模（二維、三維）
(3)Surface-based cohesive粘接面的使用方法（Standard、Explicit）
(4)VCCT虛擬裂紋閉合方法介紹
(5)VCCT使用方法（Standard、Explicit）
(6)小球沖擊復(fù)合材料層壓板建模（殼單元）
(7)小球沖擊復(fù)合材料層壓板建模（連續(xù)殼單元）
(8)小球沖擊復(fù)合材料層壓板建模（實(shí)體單元+VUMAT子程序）
練習(xí)：
(1)DCB雙懸臂梁模型cohesive單元建模
(2)DCB雙懸臂梁模型cohesive粘接面建模
DCB雙懸臂梁模型VCCT建模
第三天上午
14.Abaqus復(fù)合材料 UVARM自定義輸出變量子程序及應(yīng)用
Abaqus 復(fù)合材料USDFLD/VUSDFLD自定義場變量子程序開發(fā)及應(yīng)用
內(nèi)容：
(1)講述使用FORTRAN 語言編寫UVARM子程序的方法。
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