cohesive單元
關(guān)注創(chuàng)建者：墨里哀 創(chuàng)建時間：2018-11-11
cohesive單元的視頻教程
Abaqus Cohesive單元介紹及其本構(gòu)的Umat子程序開發(fā)教程
本課程從單元類型，內(nèi)聚力本構(gòu)等介紹了Abaqus Cohesive單元的相關(guān)知識。以單一裂紋模式為例，講解了Cohesive單元Umat子程序編寫的相關(guān)理論和過程，同時提供單一裂紋模式下的Umat子程序。
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ABAQUS水力壓裂模擬專題-Cohesive單元和XFEM方法與技巧精講
這個專題我也講總結(jié)以往多年的水力壓裂仿真經(jīng)驗，讓大家熟悉并掌握采用Cohesive單元和XFEM方法進行水力壓裂模擬的方法和技巧。 課程主要內(nèi)容如下： 案例1：二維水力壓裂模擬（Cohesive） 通過這個簡單的案例講述采用Cohesive單元模擬水力壓裂的基本技巧，讓大家掌握注液、停泵憋壓等基本設(shè)置，以及前后處理的一些技巧。
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ABAQUS-復(fù)合材料脫層模擬（2D-cohesive單元法）
本案例基于ABAQUS模擬了復(fù)合材料的脫層撕裂過程，常用的有基于cohesive單元和基于面接觸兩種方法，本案例中粘合層采用cohesive單元模擬，cohesive單元需要定義材料的damage，damage evolution，elastic參數(shù)，參數(shù)模型不合理容易導(dǎo)致不收斂。模擬輸出脫層抗撕裂力-位移曲線，評估材料的抗撕裂能力。
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cohesive單元的實例教程
1 基于cohesive單元的裂縫擴展模擬
1.1 cohesive單元簡介
cohesive單元（粘性單元）定義： 通過預(yù)置裂紋邊（面）的方式來模擬二維（三維）裂紋，即在預(yù)判的裂紋區(qū)域加入一層厚度為0的cohesive單元。
cohesive單元簡界：如圖1所示，cohesive單元由頂面，中面和底面組成。cohesive模型通過損傷起始準則以及演化方法來判斷其損傷情況。損傷發(fā)生在cohesive單元上，當(dāng)滿足損傷判據(jù)時cohesive單元開始進入損傷，根據(jù)預(yù)先定義的損傷演化模型，當(dāng)單元損傷累積到完全失效時cohesive單元的中層;一分為二，使物體產(chǎn)生幾何上的不連續(xù)，從而形成開裂。
圖1 cohesive單元示意圖
1.2 斷裂力學(xué)原理
cohesive單元的損傷時由牽引-分離(traction-separation)定理描述的，在宏觀上牽引力與位移的關(guān)系如圖2所示。
展開 適用于二維、三維實體part插入零厚度cohesive單元，零厚度孔壓單元（選中添加孔壓節(jié)點選項）。
2. 適用于混合單元類型。二維情況，網(wǎng)格中可以同時有三角形單元和四邊形單元；三維情況，網(wǎng)格中可以同時有四面體單元，三棱柱單元，和六面體單元。目前網(wǎng)上所知插件基本都是針對單一類型的，但是對于符合材料的結(jié)構(gòu)，往往不能全部劃分為四邊形或者六面體單元，網(wǎng)格中可能會存在不同類型的單元。適用混合單元類型，是本插件的一個主要優(yōu)點。
3. 插入單元速度全網(wǎng)最快。本插件會創(chuàng)建一個嵌入了cohesive單元的新part，生成速度非常快，測試插入300萬cohesive單元花費時間190秒。
4. 插入單元的部位可以靈活設(shè)置。可以全局插入；單元集之間界面上插入；可選的僅邊界，或者邊界及內(nèi)部同時插入。設(shè)置時，需要設(shè)置一個Matrix集合，和可選的若干Inclusion集合，要求Matrix集合和Inclusion集合不能有包含公共單元（插件會自動檢測），Matrix集合可以和Inclusion集合有公共節(jié)點，但Inclusion集合之間不能有公共節(jié)點（使用者自己檢查）。對Matrix和Inclusion集合都可以選擇是否再集合內(nèi)部插入cohesive單元，靈活性非常高。
5. 根據(jù)設(shè)置自動創(chuàng)建生成的cohesive集合。內(nèi)部生成的cohesive單元集合在原名稱后面加“-cohesive”，比如Set-1-cohesive；邊界上生成的單元集合為集合1名稱+“-by-”+集合2名稱+“-cohesive”，比如Set-1-by-Set-2-cohesive。
6. 生成的嵌入cohesive單元的新part中節(jié)點和單元的編號從1開始并連續(xù)，方便后處理， 和一些其他方法中分裂節(jié)點時加一個大數(shù)的編號方法不同。
7.
展開 Region Types區(qū)塊：選擇嵌入?yún)^(qū)域的類型，目前支持五種：
All ElemSurfs：所有單元之間均嵌入Cohesive單元；
ElemSufs of Set：Set集合內(nèi)部所有單元面之間嵌入Cohesive單元；
All GeoFaces：所有內(nèi)部幾何面上嵌入Cohesive單元；
Select GeoFaces：手動選擇幾何面，嵌入Cohesive單元；
Select ElemSurfs：手動選擇單元面，嵌入Cohesive單元。
Control Parameters區(qū)塊：設(shè)置嵌入Cohesive單元的尺寸和網(wǎng)格類型：
1)Thickness of Cohesive：設(shè)置嵌入Cohesive單元的法向厚度，默認為零，且只有在Abaqus2016以上版本才能被激活，否則為失效狀態(tài)。
展開 3.1繪制支反力位移曲線
圖4
3.2繪制cohesive單元的應(yīng)力-應(yīng)變曲線
圖5
3.3繪制cohesive單元的應(yīng)力-位移、應(yīng)變-位移曲線
圖6
4結(jié)論
通過對cohesive單元的應(yīng)用，對于cohesive單元失效定義及其損傷演化過程及后處理給出了說明，這對于多種脆性材料及混凝土材料內(nèi)部的裂紋擴展及損傷應(yīng)用具有重要意義。
1 基于cohesive單元的裂縫擴展模擬
1.1 cohesive單元簡介
cohesive單元（粘性單元）定義： 通過預(yù)置裂紋邊（面）的方式來模擬二維（三維）裂紋，即在預(yù)判的裂紋區(qū)域加入一層厚度為0的cohesive單元。
cohesive單元簡界：如圖1所示，cohesive單元由頂面，中面和底面組成。cohesive模型通過損傷起始準則以及演化方法來判斷其損傷情況。損傷發(fā)生在cohesive單元上，當(dāng)滿足損傷判據(jù)時cohesive單元開始進入損傷，根據(jù)預(yù)先定義的損傷演化模型，當(dāng)單元損傷累積到完全失效時cohesive單元的中層;一分為二，使物體產(chǎn)生幾何上的不連續(xù)，從而形成開裂。
圖1 cohesive單元示意圖
1.2 斷裂力學(xué)原理
cohesive單元的損傷時由牽引-分離(traction-separation)定理描述的，在宏觀上牽引力與位移的關(guān)系如圖2所示。
圖2 牽引力-牽引位移示意圖
在損傷前，應(yīng)力與應(yīng)變滿足如下關(guān)系:ABAQUSlass="p1">
公式中，上標0單元分層損傷起始位移，f代表最終開裂位移，max代表加載過程中最大位移，并且滿足損傷不可逆性。
損傷起始準則用于判斷材料是否開始損傷。常見的損傷判據(jù)如下表。
當(dāng)材料開始滿足損傷起始準則之后，表現(xiàn)出整體剛度退化的現(xiàn)象。并且損傷演化定義了剛度退化的規(guī)律和裂縫的擴展，同時損傷演化分為位移和能量兩種模式：位移即為圖2的橫軸，能量為圖中曲線圍成的面積。
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cohesive單元的最新內(nèi)容
</p><p>此外，對于同樣廣泛應(yīng)用的粘膠連接，將系統(tǒng)講解內(nèi)聚力單元（Cohesive Element）的建模方法，并結(jié)合具體連接場景，說明如何合理選擇相應(yīng)的Section和Material參數(shù)，以提升仿真精度與穩(wěn)定性。
不過值得指出的是文中引入 cohesive 單元主要用于裂紋路徑的可視化表達，而其插入?yún)^(qū)域和參數(shù)設(shè)置并未像 GTN 參數(shù)那樣得到充分展開，因此這一部分更適合作為輔助性的裂紋表征手段，而非全文最核心的機理貢獻。
使用作者提出的完整積分框架，并基于顯式vumat實現(xiàn)，同時使用基于損傷變量的單元刪除方案同時引入ALE自適應(yīng)網(wǎng)格方案可以更好的預(yù)測梯度效應(yīng)。
內(nèi)聚力模型損傷
CSDMG：描述cohesive單元進入軟化段后的損傷狀態(tài)。
4. 復(fù)合材料損傷
ABAQUS支持多種復(fù)合材料損傷變量：
DAMAGEFT/FC：用戶手冊中描述為：
Fiber tensile/ compressive damage variable.
這里毫無疑問表征了纖維縱向的拉伸/壓縮損傷，如下圖。
</div><div contenteditable="false" width="100%">
內(nèi)插0厚度cohesive單元以模擬分層
</div><div contenteditable="false" width="100%">
模擬過程采用puck子程序，內(nèi)附VUMAT子程序，cae，inp文件及ODB文件
</div><figure style="text-align
本案例介紹0厚度cohesive單元插入方法，用戶最好熟悉Abaqus軟件中的基本操作。
隨案例附上了2020版本的cae文件，并且附上inp文件供跨版本導(dǎo)入。
# 采用插入Cohesive單元生成多裂紋開展二維巖石切削模擬的必要性
在二維巖石切削數(shù)值模擬中，采用**插入Cohesive單元法生成多裂紋**是精準刻畫切削過程中巖石損傷、裂紋萌生-擴展-貫通及碎屑形成的核心技術(shù)手段，其必要性可從力學(xué)機理表征、數(shù)值計算精度、工程適用性三個維度展開分析。
cohesive單元參數(shù)：彈性類型為面作用力，彈性模量30GPa，損傷準則采用最大正應(yīng)力準則，抗拉強度為6MPa，抗壓和抗剪切強度為100MPa，損傷演化類型為位移，破壞位移為0.001mm，損傷穩(wěn)定粘性系數(shù)為1e-5，液體泄漏頂部系數(shù)和底部系數(shù)為1e-14m/Pas，間隙流類型為Newtonian，粘性0.1Pas。指派單元類型中cohesive單元粘性及厚度為0.01。
以上為一個cohesive單元的顯式分析，并附上了2020版本的cae文件， 如果有版本問題，同時也附上了inp文件供跨版本導(dǎo)入。
/strong></p><p>Cohesive單元不像殼單元可以默認部件形式形成厚度方向，其厚度方向必須在網(wǎng)格中通過掃掠形成，若未掃掠，abaqus的網(wǎng)格則通過右手螺旋法則判定厚度方向，如圖所示。
" width="100%"><jsk id="C_Play100081fcd66c71f093e56632b68f0102" videoid="100081fcd66c71f093e56632b68f0102" duration="5秒"><img src="https://img.jishulink.com/static/web/youku-case.png"></jsk></div><p>用cohesive
