(完整版)cohesive文摘介紹

1、關(guān)于 cohesive element 中模量，厚度一些對應(yīng)關(guān)系的理解與討論dava，你可能看見了我在你那篇精華里面的留言，我發(fā)現(xiàn)這個問題還不是非常的清楚，現(xiàn)在 單獨的列出來，寫一下我的理解以及一些還有疑問，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law給的是 力與位移的關(guān)系，而不是平時常見的力與應(yīng)變的關(guān)系，因此現(xiàn)在的曲線斜率（對于開始的線 彈性階段），是 E/L 而不是 E.（簡單的推導(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）。試驗數(shù)據(jù)的輸入:針對一種材料，或者一組試驗數(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中進行模擬的時候，對于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材料的E除 以試驗得出的cohesive layer的厚度，輸入到ABAQUS中去。因此搞清楚這個關(guān)系也就明 白了試驗數(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簡單理解就是 模型的尺寸，目的 讓模型顯得”更真實。constitutive thickness，就是參與內(nèi)部運算的尺 寸，目的讓結(jié)果“算的”更真實。constitutive thickness在cohesive element的使用中起什么作用？（包含我的一些實踐 體會和疑問）首先，參與運算，常用默認(rèn)的1，可以使算得的位移等于應(yīng)變值。（可是這個到底有什么 好處呢？我從手冊上沒有發(fā)現(xiàn)。）改變constitutive thickness對運算有影響嗎？ constitutive thickness 和輸入的stiffness K 之間有什

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

5、constitutive thickness越大，精度越差。因為cohesive element的根本是模擬兩個相距0 距離的surface的對應(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，這一層越來越趨于一個有限厚度的變形問題，相應(yīng) 的也會出現(xiàn)負(fù)位移，這個不難理解，當(dāng)你彎曲一塊相當(dāng)厚度的平板的時候，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，而是取一個相對小的數(shù)值，來消除這個 負(fù)位移的問題?？偨Y(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)過了一段時間的理論與實踐，終于弄明白了一些手冊上不是很清楚的地方，寫出總結(jié)，回 報大家：兩個厚度：geometric thickness 和 constitutive thickness.geometric thickness，簡單理解就是模型的尺寸，目的讓模型顯得更真實。con stitutive thickness滲與模型內(nèi)部運算的尺寸，目的讓結(jié)果算的更真實。當(dāng)然,在設(shè)置con stitutive thickness的時候可以自己定值，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、的缺點是精度不夠，對精度要求高的模型應(yīng)通過定義 section 時手動輸入.兩個剛度：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厚度無關(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，與這一層的實際厚度無關(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，就是基于TS-law的cohesive element的使用，其核心就是 這個TS-Law曲線，無論里面的數(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)計的，或者試驗得到的應(yīng)力位移曲線。也就是說在模擬

10、中取 不同的數(shù)值的同時，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。舉個例子說明：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。為了方便說明， mode mix 選取 independent. (mix mode 一樣的道理，因為都是線性等比例的變化關(guān)系)damage initiation strain: 0.

11、1/0.1/0.1(三個方向)displacement at failure: 0.2那么這次模擬給出的是一個以位移u_c=0.1為damage initiation(曲線的最高點對應(yīng)的位移 值）,u_u=0.2為ultimate failure displacement（曲線的最終點對應(yīng)的位移值），開始線彈性階 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。概括的說兩個的厚度越大， 精度越差。因為cohesive element的根

13、本是模擬兩個相距0距離的surface的對應(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 越來越趨于一個有限厚度的變形問題，相應(yīng)的也會出現(xiàn)負(fù)位移，這個不難理解，當(dāng)你變形一 塊相當(dāng)厚度的平板的時候，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。這里也就可以說明為什么 ABAQUS 對于 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、，因為geometric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，就只有通 過減小constitutive thickness來控制精度了。所以對于模型中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)須按上述的原則進行修改。這些都是使用cohesive element時需要清楚的，而手冊沒有交代明白的基本概念，加上手 冊上對各種理論的說明和 dava給予的實例步驟，我想 cohesive element在基于 Traction-Separation law的使用這一塊應(yīng)該不會再由什么大問題

15、了。在此感謝dava在討論 中給予的想法和建議。關(guān)于 cohesive 單元的使用問題剛開始研究這個問題，我用的是6.5 版本的，準(zhǔn)備研究裂紋張開的問題（沒有開裂） 查看了幫助，也讀了版上不少高手的帖子，自己試了試，碰到一些問題，請教高手們1如果考慮平面問題cohesive單元沿1方向分布，2方向為裂紋張開問題，我想只算裂 紋的一半，那么cohesive單元，一面和普通單元鏈接，另一端就是對稱面了，是否可以只 限定它2方向位移為0（就是一個I型裂紋張開的問題，裂紋在1方向，向2方向張開）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 應(yīng)的節(jié)點的坐標(biāo)相同，然后設(shè)定厚度thicness=specified,但是這樣計算時，說這些單元由 于運算的奇異性，不能算。（zheg zhe這個問題已經(jīng)解決了，是我開始在in put定義的時候，cohesive單元的節(jié)點序 號沒有按照定義的輸）對于這種問題，我用的cohesivesection, type=traction separation,我想問問，這個和 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,