(完整版)cohesive文摘介紹

1、關(guān)于 cohesive element 中模量，厚度一些對(duì)應(yīng)關(guān)系的理解與討論dava，你可能看見(jiàn)了我在你那篇精華里面的留言，我發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題還不是非常的清楚，現(xiàn)在 單獨(dú)的列出來(lái)，寫(xiě)一下我的理解以及一些還有疑問(wèn)，需要和大家討論的地方,供大家參考：關(guān)于cohesive element的traction-separation law的定義：顧名思義，這個(gè)law給的是 力與位移的關(guān)系，而不是平時(shí)常見(jiàn)的力與應(yīng)變的關(guān)系，因此現(xiàn)在的曲線斜率（對(duì)于開(kāi)始的線 彈性階段），是 E/L 而不是 E.（簡(jiǎn)單的推導(dǎo)：stress=E（modulus）*strain= E*L（original len gth）/L*str

2、ai n=E/L*delta（位移），so stress/delta=E/L）。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的輸入:針對(duì)一種材料，或者一組試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的材料的you ngs modulus E,中 間的cohesive layer的厚度，當(dāng)轉(zhuǎn)換輸入到ABAQUS中進(jìn)行模擬的時(shí)候，對(duì)于cohesive layeijABAQUS需要的是stiffness，也就是E/L,而不是E,所以使用者需要把試驗(yàn)材料的E除 以試驗(yàn)得出的cohesive layer的厚度，輸入到ABAQUS中去。因此搞清楚這個(gè)關(guān)系也就明 白了試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬輸入之間的轉(zhuǎn)換。所謂的 geometric thickness和 constitutive t

3、hickness: geometric thickness簡(jiǎn)單理解就是 模型的尺寸，目的 讓模型顯得”更真實(shí)。constitutive thickness，就是參與內(nèi)部運(yùn)算的尺 寸，目的讓結(jié)果“算的”更真實(shí)。constitutive thickness在cohesive element的使用中起什么作用？（包含我的一些實(shí)踐 體會(huì)和疑問(wèn)）首先，參與運(yùn)算，常用默認(rèn)的1，可以使算得的位移等于應(yīng)變值。（可是這個(gè)到底有什么 好處呢？我從手冊(cè)上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。）改變constitutive thickness對(duì)運(yùn)算有影響嗎？ constitutive thickness 和輸入的stiffness K 之間有什

4、么關(guān)系呢？我認(rèn)為 constitutive thickness 的改變對(duì)運(yùn)算是有影響的，但是并不存在 constitutive thickness和stiffness之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（dava,這里我不同意你的觀點(diǎn)），就像我前面提到 的，modulus和thickness以及stiffness之間的關(guān)系是取決于真實(shí)模型的數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)這 個(gè)關(guān)系打通了試驗(yàn)與模擬之間的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換，但是在ABAQUS內(nèi)部的運(yùn)算，因?yàn)橐呀?jīng)使用的 是stiffness 了，所以這個(gè)關(guān)系也就不再和內(nèi)部的其他長(zhǎng)度有關(guān)。那么 constitutive thickness 到底對(duì)運(yùn)算是什么影響呢？通過(guò)我的一些例子的運(yùn)算我發(fā)現(xiàn)：

5、constitutive thickness越大，精度越差。因?yàn)閏ohesive element的根本是模擬兩個(gè)相距0 距離的surface的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，因此理論上cohesive element的位移不可能出現(xiàn)負(fù)值， 但是隨著constitutive thickness的增加，這一層越來(lái)越趨于一個(gè)有限厚度的變形問(wèn)題，相應(yīng) 的也會(huì)出現(xiàn)負(fù)位移，這個(gè)不難理解，當(dāng)你彎曲一塊相當(dāng)厚度的平板的時(shí)候，平板上表面部分 上突（正位移），部分就向下凹（負(fù)位移），雖然平板的底面可以固定在地上保證0位移。 所以為了保證模擬的精度，我建議不使用默認(rèn)的1，而是取一個(gè)相對(duì)小的數(shù)值，來(lái)消除這個(gè) 負(fù)位移的問(wèn)題。總結(jié)：基于T

6、S-law的cohesive element使用中模量，厚度的概念及關(guān)系經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間的理論與實(shí)踐，終于弄明白了一些手冊(cè)上不是很清楚的地方，寫(xiě)出總結(jié)，回 報(bào)大家：兩個(gè)厚度：geometric thickness 和 constitutive thickness.geometric thickness，簡(jiǎn)單理解就是模型的尺寸，目的讓模型顯得更真實(shí)。con stitutive thickness滲與模型內(nèi)部運(yùn)算的尺寸，目的讓結(jié)果算的更真實(shí)。當(dāng)然,在設(shè)置con stitutive thickness的時(shí)候可以自己定值，也可以使用geometric thickness， 數(shù)據(jù)從坐標(biāo)直接讀取得到，但后者

7、的缺點(diǎn)是精度不夠，對(duì)精度要求高的模型應(yīng)通過(guò)定義 section 時(shí)手動(dòng)輸入.兩個(gè)剛度：material stiffness 和 interficial stiffness.material stiffness：材料剛度，也叫彈性常數(shù)(elastic constants),力學(xué)中使用 C, ABAQUS 中 使用 K. 對(duì)于特殊的 isotropic 情況，它由 Youngs modulus,Poissons ratio, 或者由 lame constants 組成。 material stiffness 定義了應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系, 它是一種材料特性，在 ABAQUS中與該材料層的真實(shí)厚度無(wú)關(guān)

8、。interficial stiffness：界面剛度，它定義了應(yīng)力與位移之間的關(guān)系。簡(jiǎn)單的推導(dǎo)(以isotropic 的單向拉伸為例)：stress=E(Youngs modulus)*strain = E*L(original length)/L*strain=E/L*delta(位移)，所以 interficial stiffness=stress/delta=E/L。兩種模量的使用：material stiffness 定義了 cohesive element 的本構(gòu)，決定 cohesive element 的應(yīng)力與應(yīng) 變關(guān)系。在ABAQUS/CAE中要求輸入的E(K)/G(K)/G(

9、K)就是material stiffness,也就是 cohesive layer這種材料的材料特性，與這一層的實(shí)際厚度無(wú)關(guān)。interficial stiffness定義了 traction-separation law的應(yīng)力與位移在初始線彈性階段的斜率。 所以對(duì)于TS-law曲線，斜率為E/L.厚度與模量的相互關(guān)系這里需要記住最重要的一點(diǎn)，就是基于TS-law的cohesive element的使用，其核心就是 這個(gè)TS-Law曲線，無(wú)論里面的數(shù)據(jù)如何選取，厚度如何變化，cohesive element的表現(xiàn) 應(yīng)該一直follow這條使用者設(shè)計(jì)的，或者試驗(yàn)得到的應(yīng)力位移曲線。也就是說(shuō)在模擬

10、中取 不同的數(shù)值的同時(shí)，一定要保證相應(yīng)的其他數(shù)據(jù)依然能給出上次一樣的TS-law曲線，否則 兩次模擬就完全不一樣了。舉個(gè)例子說(shuō)明：假定使用 MAXE 作為 damage initiation criterion,選 displacement 作為 damage evolution 的參數(shù)。初始給定 material stiffness: E/G1/G2，constitutive thickness 選取默認(rèn) 1。為了方便說(shuō)明， mode mix 選取 independent. (mix mode 一樣的道理，因?yàn)槎际蔷€性等比例的變化關(guān)系)damage initiation strain: 0.

11、1/0.1/0.1(三個(gè)方向)displacement at failure: 0.2那么這次模擬給出的是一個(gè)以位移u_c=0.1為damage initiation(曲線的最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移 值）,u_u=0.2為ultimate failure displacement（曲線的最終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移值），開(kāi)始線彈性階 段以E/L=E/1為斜率的TS-law的曲線。假設(shè)第二次模擬使用geometric thickness=0.1，而不是1,那么為了保持TS-law曲線,首先， 斜率不變：E/L = E/1?，F(xiàn)在L=0.1,所以要改變輸入的material stiffness值為： 0.1E/0.1G

12、/0.1G;其次，斜率不變了，但是需要在位移=0.1的地方開(kāi)始damage，而位移等 于 strainxconstitutive_thickness. constitutive_thickness 現(xiàn)在等于 0.1,所以 damage initiation strain 需要改成： 1/1/1. 而最終失效時(shí)的位移值不需要改變。這樣第二次的模擬 給出了和第一次完全一樣的TS曲線，也就保證了模擬的一致性。厚度與精度的影響：精度由geometric thickness和constitutive thickness共同控制。概括的說(shuō)兩個(gè)的厚度越大， 精度越差。因?yàn)閏ohesive element的根

13、本是模擬兩個(gè)相距0距離的surface的對(duì)應(yīng)位置關(guān) 系，因此理論上cohesive element的位移不可能出現(xiàn)負(fù)值，但是隨著厚度的增加，這一層 越來(lái)越趨于一個(gè)有限厚度的變形問(wèn)題，相應(yīng)的也會(huì)出現(xiàn)負(fù)位移，這個(gè)不難理解，當(dāng)你變形一 塊相當(dāng)厚度的平板的時(shí)候，平板表面產(chǎn)生翹曲，部分上突（正位移），部分下凹（負(fù)位移）， 雖然平板的底面可以固定在地上保證 0 位移。這里也就可以說(shuō)明為什么 ABAQUS 對(duì)于 geometric thickness使用零厚度的原因：當(dāng)geometric thickness使用零厚度，那么相應(yīng)的 constitutive thickness可以取默認(rèn)值1或者更大而不影響精度

14、，因?yàn)間eometric的零厚度限 制了變形，消除了負(fù)位移的情況；反之，當(dāng)geometric thickness不為零厚度時(shí)，就只有通 過(guò)減小constitutive thickness來(lái)控制精度了。所以對(duì)于模型中l(wèi)ayer有限厚度的情況，建議 不使用默認(rèn)值1，可是改小比如取0.001,但是相應(yīng)的其他數(shù)據(jù)須按上述的原則進(jìn)行修改。這些都是使用cohesive element時(shí)需要清楚的，而手冊(cè)沒(méi)有交代明白的基本概念，加上手 冊(cè)上對(duì)各種理論的說(shuō)明和 dava給予的實(shí)例步驟，我想 cohesive element在基于 Traction-Separation law的使用這一塊應(yīng)該不會(huì)再由什么大問(wèn)題

15、了。在此感謝dava在討論 中給予的想法和建議。關(guān)于 cohesive 單元的使用問(wèn)題剛開(kāi)始研究這個(gè)問(wèn)題，我用的是6.5 版本的，準(zhǔn)備研究裂紋張開(kāi)的問(wèn)題（沒(méi)有開(kāi)裂） 查看了幫助，也讀了版上不少高手的帖子，自己試了試，碰到一些問(wèn)題，請(qǐng)教高手們1如果考慮平面問(wèn)題cohesive單元沿1方向分布，2方向?yàn)榱鸭y張開(kāi)問(wèn)題，我想只算裂 紋的一半，那么cohesive單元，一面和普通單元鏈接，另一端就是對(duì)稱面了，是否可以只 限定它2方向位移為0（就是一個(gè)I型裂紋張開(kāi)的問(wèn)題，裂紋在1方向，向2方向張開(kāi)）如果我想讓cohesive單元的厚度為0,我用的方法是在in put里面設(shè)定它的單元上下對(duì) 應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)相同，然后設(shè)定厚度thicness=specified,但是這樣計(jì)算時(shí)，說(shuō)這些單元由 于運(yùn)算的奇異性，不能算。（zheg zhe這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)解決了，是我開(kāi)始在in put定義的時(shí)候，cohesive單元的節(jié)點(diǎn)序 號(hào)沒(méi)有按照定義的輸）對(duì)于這種問(wèn)題，我用的cohesivesection, type=traction separation,我想問(wèn)問(wèn)，這個(gè)和 continuum類型的差別是什么，謝謝各位高手了， 下面是我定義截面和材料的 input*COHESIVE SECTION,elset=coh,material=coh,