cohesive element的案例
ABAQUS中的cohesive element
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）。
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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 cohesive element受壓時單元穿透的解決方法
<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 斷裂
cohesive element失效的資料 1.rar
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cohesive element牽引-分離準則Displacement at failure究竟指的是什么
</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。
展開 cohesive element單元厚度的設置以及厚度的影響
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。
計算模型
參數設置如下圖所示。
厚度分別設置為0.1、1、2。
組名
Cohesive element厚度
test-1
0.1
test-2
1
test-3
2
提取test-1 RP1的位移-反力曲線如下圖所示。
提取test-2 RP1的位移-反力曲線如下圖所示。
提取test-3 RP1的位移-反力曲線如下圖所示。
可以看到，軟件計算結果和預期一致。
test-1.inp
#cohesive element與cohesive surface的區別和聯系
image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_760" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/201901/9c6fa3b18dd643acab9fc2c450ee05b2.jpg">
</div><p>****************************************************************************************</p><p>****************************************************************************************</p><p>總結：</p><p>cohesive element在cae中需要模量、應變；</p><p>cohesive surface在cae中需要剛度、位移；</p><p>剛度與模量，應變與位移這兩對數據之間通過初始本構厚度 h<em>eff </em>聯系在一起 。</p><p>ABAQUS斷裂模擬收徒 ，保證快速學會各種ABAQUS斷裂模擬方法 1200/人（將享有各種插件以及程序，價值3000+、專門定制視頻、全程親自教學、各種模型調試及解答問題等等，傾囊相教）</p><p><br></p>
展開 cohesive element能模擬材料自身的開裂嗎？
現在希望模擬焊料自身的開裂過程，用cohesive element怎么給定參數？是與焊料的彈性模量一致嗎？
abaqus使用XFEM結合cohesive element實現鍍層剝落模擬 ￥8
采用XFEM結合cohesive element粘結單元實現初始裂紋擴展，當裂紋擴展至鍍層界面時，粘結單元開始損傷，并擴展至鍍層剝落。附帶2021版本的CAE模型。
通過編程批量添加零厚度Cohesive Element模擬裂縫擴展
在2D或者3D有限單元間批量插入0厚度“cohesive Element”單元，模擬裂縫的擴展：
實例提供：
http://forum.simwe.com/thread-1253768-1-1.html
http://forum.simwe.com/thread-1258069-1-1.html
cohesive element 例子的詳細圖解
1.生成一個新的part，取名為cohesive，本part選取2D deformable shell類型（圖1）
2.通過Rectangle工具畫出一長100，高50的矩形。（考慮使用工具欄add-dimension和edit dimension來畫出精確長度的模型。）（圖2，3）
3.選擇tool– partition，在對話框中選擇face-sketch，然后選中整個part確認并進入分割畫面。在part中部分割如圖4，其中兩條線的距離為2。（這個時候可以使用create lines生成分割線，并且使用步驟2中提到過的編輯dimension來確定它們的位置。）
G1.jpg
Picture2.jpg
Picture3.jpg
Picture4.jpg
二（M5為第一個圖）
1.建立名為interface的材料，并且按照幾圖分別定義材料的damage initiation和damage evolution以及stiffness。（相關材料的意義請認真查閱用戶分析手冊中Element--cohesive element章節）
2.這里我們取damage initiation法則為Maxs,數值5e8,5e8,5e8；damage evolution選擇energy，mode-independent,2e6。
展開 ABAQUS UMAT for cohesive element tension behaviour ￥150
本文利用 cohesive element 模擬兩個粘接的物體受拉破壞，利用的本構模型是tension-cut off模型，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。
這里有意思的是，我用前歐拉法推導出的tangent stiffness和Lourenco（1997）用后歐拉法推導出的tangent stiffness是一樣的。
tensile cut-off的返回算法：
模擬的視頻結果詳見：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/113143055
模擬結果：
mises應力圖
ABAQUS建模：這是一個二維的單元，兩個彈性材料物體被一層cohesive單元（厚度為10）連接著。
展開 ABAQUS UMAT for cohesive element shear behaviour ￥150
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Coulomb模型，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。
和tension cut-off那篇一樣，我用前歐拉法推導出的tangent stiffness和Lourenco（1997）用后歐拉法推導出的tangent stiffness是一樣的。
Coulomb的返回算法：
視頻結果詳見：https://zhuanlan.zhihu.com/p/113150354
模擬結果：
應力：
應變：
步驟1：part （2D 模型）
步驟2：material
步驟3：assembly
步驟4：step
步驟5：interaction
步驟6：load
步驟7：mesh
步驟8：結果
展開 瑪湖油田巖石水力壓裂模擬
二、 Cohesive element原理
ABAQUSd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。
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 laws）。
圖1 黏聚力模型示意圖
圖2 雙線性型黏聚力模型
ABAQUS中的Cohesive element 方法可應用于水力壓裂技術。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 laws）。
4.在輸出中設置不顯示破壞的單元。
5.加載，后處理。
三、模型設置
首先用python全局隨機設置隨機大小、形狀、性質的礫石；其次，采用插件全局插入內聚力單元；最后設置網格、增量步、時間、提交job。
圖3 裂縫穿過礫石
圖4 裂縫沿礫石表面擴展
圖5 裂縫穿過大礫石擴展
五、結論：
1. 總體上，裂縫沿最大主應力方向擴展；
2. 裂縫擴展方式與礫石的角度有關系；
3. 裂縫擴展擴展與礫石力學性質有關。
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