cohesive element
關注創建者：ysxauat 創建時間：2018-06-20
cohesive element的視頻教程
abaqus軟件cohesive element建模及講解
（2）第二節主要講述cohesive element模擬的原理，該節講述了cohesive element的各個參數所代表的意義，以及cohesive element方法與cohesive surface方法的區別。 （3）第三節講述了cohesive element的另一種建模方法，即采用約束關系進行連接的cohesive element。
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沉澱原創精品系列7：批量插入cohesive element模擬裂紋任意路徑擴展
課程主要講解如何在模型中批量插入cohesive模擬裂紋任意路徑擴展，預置了初始裂紋的模型中初始裂縫該如何設置出來，結合cohesive element的視頻可以快速掌握批量插入cohesive element模擬隨機開裂。觀看后相信會對cohesive體系再有更深入的理解。
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沉澱原創精品系列2：cohesive element and surface一個例子足以-三點彎曲開
這是我在技術鄰發布的第二個視頻，錄制后我自己看了下，聲音大小這次還可以，保證課程質量高于市面上的視頻，內容都是干貨，一個cohesive視頻讓你掌握cohesive element and surface的使用、設置、注意事項和很多操作技巧，不明白的地方聯系我，給講解。
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cohesive element的實例教程
ABAQUS中的cohesiveelement
ABAQUS提供一種粘結單元（cohesive element），用以模擬兩個部分之間的粘性連接，一般來說，它要求粘結材料尺寸和強度都小于粘結部分（比如多層復合材料的膠粘層），進而可以利用cohesive element模擬材料的斷裂。
從本質上講，利用cohesive element模擬材料的斷裂其實是單元刪除方法的一種，其計算流程如下
1.
對預知的裂縫路徑（區域）進行細化分割。
2.
在mesh的時候在裂縫區域賦予cohesive element。
3.
設置合適的斷裂準則（Traction-separation separation laws）。
4.
在輸出中設置不顯示破壞的單元。
5.
加載，后處理。
可以看出，除了在裂縫區域設置cohesive element外，其它的與普通的單元刪除方法沒有區別，那么，ABAQUS為什么要設置這樣一個單元呢，我們來看看cohesive element的空間結構
Cohesive element的空間結構
這個單元似乎與C3D8實體單元的結構一致，但最大的區別在于橫縱向尺寸的比例，C3D8單元在模擬這種大橫縱比（aspect ratio）結構的時候，已經無法給出精確的解答了。這就是cohesive element存在的意義，此外，從cohesive element的變形機理來看
Cohesive element的變形機理
Cohesive element的中面雖然能夠承受拉伸和剪切的應變，但并不能產生任何應力，因此，cohesive element 只能支持垂直于上下表面的牽引-分離破壞準則（Traction-separation separationlaws）。
展開 本文和我的另一篇文章ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour 比較相像，所以不重復介紹abaqus建模過程，主要介紹理論和子程序。
本文利用 cohesive element 模擬兩個粘接的物體受剪破壞，利用的本構模型是compression cut-off模型（和tension cut-off模型原理一樣，只是cut-off的面在compression段），有限元實現算法是帶有返回功能的前歐拉法（Crisfield在1991出版的Non-linear finite element analysis of solid and structure中的第6章有提到），軟件是abaqus，子程序為UMAT。
這種有限元模型主要應用在在膠合破壞的預測，比如磚結構的水泥砂漿、纖維復合材料加固結構中復合材料的剝落、多層玻璃的脫膠以及夾層板的滑移等等。可以說，與膠有關的結構都可以試著利用cohesive單元模擬，所以開發cohesive單元的本構模型是很多領域的熱點，因為相比起固體單元，cohesive單元的發展相對較晚。
理論：請先看我的另一篇文章ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour，然后在結合下文。
compression cut-off返回算法：
abaqus模擬的結果：
最大主應力：
最大塑性應變：
完整視頻模擬結果詳見：https://zhuanlan.zhihu.com/p/113157257
展開 <p>當Cohesive element 之間壓縮需要設置成不可穿透時，有兩種<strong>不完美</strong>的方法。</p><p>1、 設置compression factor</p><p>2、 設置general contact</p><p>不完美是因為這兩種方法仍然會有穿透的現象（當壓力比較大時），但足以解決大部分的問題。</p><p>下面做一個小試驗看下這兩種方法如何。</p><p><br></p><p>方法一 設置compression factor</p><p>法向牽引分離準則如下，在壓縮的時候永遠是彈性的，不會出現塑性損傷。在默認的情況下，壓縮剛度和拉伸剛度（彈性階段）是相同的，假設均為k。使用compression factor可以將壓縮段的剛度調整為compression factor×k，如下圖所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202507/9af835acba93adb71d7afd72df4a5229.png"></p><p>把compression factor設置成非常大，那么理論上在壓縮量非常小的時候，就有足夠的力平衡壓力。</p><p>模型大小為1mm×2mm。劃分單元大小為1mm×1mm，在模型中間插入cohesive element。如下圖所示。RP1和頂面耦合。
展開 cohesive element失效的資料 1.rar
cohesive element失效的資料2.rar
</p><p>下面以簡單的二維模型驗證（cohesive element單元厚度為1）。模型大小為1mm×2mm。劃分單元大小為1mm×1mm，在模型中間插入cohesive element。如下圖所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202507/2aa079b199f328daa18edbf6572fd2df.png"></p><p>計算模型</p><p>設置兩組cohesive參數</p><p>第一組剛度設為30MPa/mm，最大法向應力3MPa，Displacement at failure設置為0.9。</p><p>第二組剛度設置為15MPa/mm，最大法向應力3MPa，Displacement at failure設置為0.9。
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</p><p>此外，對于同樣廣泛應用的粘膠連接，將系統講解內聚力單元（Cohesive Element）的建模方法，并結合具體連接場景，說明如何合理選擇相應的Section和Material參數，以提升仿真精度與穩定性。
elements.
劃分單元大小為1mm×1mm，在模型中間插入cohesive element。如下圖所示。RP1和頂面耦合。
指定單元厚度
在使用cohesive element的時候需要在截面里面指定厚度，如圖1所示。
厚度有3種定義方式
（1）use analysis default 默認選項。這種是最常用的選項，默認的厚度是1。
（2）use nodal coordinates 使用節點坐標。
</p><p>下面以簡單的二維模型驗證（cohesive element單元厚度為1）。模型大小為1mm×2mm。劃分單元大小為1mm×1mm，在模型中間插入cohesive element。如下圖所示。
1、根據論文《Three-dimensional modeling of fracture in quasi-brittle materials using plasticity and cohesive finite elements》DOI:https://doi.org/10.1007/s10704-021-00514-1 編寫的cohesive單元本構
2、適用于三維模型
3、
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。
書中介紹了一些cohesive zone model的基本內容，以及各種不同的TSL曲線，介紹了cohesive element和cohesive contact之間的異同，還有一部分的cohesive zone model在疲勞分析中的應用。
給出了應用實例，可以借鑒參考。
element and surface一個例子足以-三點彎曲開
https://www.yqgqt.org.cn/video/c13827
六折
沉澱原創精品系列7：批量插入cohesive element模擬裂紋任意路徑擴展
https://www.yqgqt.org.cn/video/c13836
六折
由于這些限制，近20年來LS-DYNA研發團隊開發了一些新的方法，例如自適應法、XFEM、cohesive elements，以及Node splitting方法進行材料分析，這些方法適用于裂紋擴展問題分析，卻不適合于涉及到材料大面積損傷的加工過程分析，或者說不適用于材料加工過程中部分材料去除問題，基于有限元的方法都不太適用這類問題。
