abaqus粘接行为之胶粘单元

abaqus粘接行为之胶粘单元

abaqus中粘接行为主要用于模拟垫圈、脱胶、复合材料分层等。在abaqus中模拟粘接行为有两种方法,一种是基于胶粘单元(COH3D8等)的方法,另一种是基于接触属性的方法。

本文主要介绍基于胶粘单元且响应为牵引开裂的的仿真方法。仿真顺序为:建立模型,创建材料,定义并未cell分配截面属性(包括响应和厚度),施加约束和载荷,划分网格,执行计算。本文默认单位mm,MPa,s,t。

1)建立几何模型:

新建2D模型,20.002X10的part,然后将其分割为10X10,10X0.002,10X10的三部分,两边两部分为基体,中间部分为胶粘单元。

2)创建材料:

创建基体材料:弹性模量为69000,泊松比为0.34,;

创建胶粘单元材料:选择线弹性---type中选择traction----给定弹性模量2000和两个方向的剪切模量2000。

定义损伤萌生参数:通过mechanical下面选择牵引分离准则的损伤判据,有六种方法,常用的为前四种,本文选取二次名义应力准则,

输入法向和切向最大名义应力极限(21,28,0)

当应力达到判据条件时,表示损伤的萌生。

定义损伤的演化:

损伤的演化表示损伤萌生后的响应,其通过来定义,可以看出刚度的退化,d表示损伤变量,d为0时为损伤,d为1时完全损伤,

在上图右侧点击suboption,在弹出的对话框中定义损伤演化参数。

Type选择判断损伤的演化的方式:断裂能和位移; softing指定损伤后的软化方式;

混合模式行为:对以位移为判断损伤依据时,只有两种:直接指定损伤时的位移和表格形式;对于与断裂能为判断损伤依据时,还有BK定律和power law两种,均需要指定法向和切向的断裂能,其中BK定律中power给定有效数值即可,power law模式需要指定指数power。各项同性时,三种断裂能相等,对指数不敏感。

按照下图定义损伤的演化:

即能量释放率(最大位移)达到给定的断裂能(位移)认为完全损伤,裂纹将继续向前扩展。

3)定义截面属性

选择材料和响应,本文选择牵引开裂响应,使用节点坐标确定胶粘单元初始厚度。对于牵引开裂响应,默认厚度为1,其他默认为基于节点坐标的几何厚度。如果采用指定为单位厚度,则创建材料时弹性模量需要进行缩放。采用单位厚度,则名义应变与开裂值相同,因为对于牵引开裂准则,弹性模量当罚刚度来理解,弹性响应通过En控制。

4)采用通用静力学分析步,固定分析时间,初始增量步0.05,总时间1,左端完全固定,右下边施加向右的位移0.05.

5)划分网格

胶粘单元部分需采用结构或扫略技术,且形状为四边形,选择cohesive单元族。最后单元类型为COH2D4(四节点的2维胶粘单元)。

6)提交计算,查看结国,截取裂纹尖端名义应变图如下:

可以看到图中裂纹尖端两点变形前后后距离差为5.73036e-3,初始距离1.99986e-3,计算得到名义应变与图中名义应变为2.86532相等。如果在定义截面属性时厚度改为1,则厚度为几何尺寸的1/0.002=500倍,此时需要将弹性模量也变为原来的500倍为1e6结果才合理,这时查看结果最大名义应变则为5.73036e-3,这种情况下除的原始厚度为单位厚度1,即开裂值等于名义应变值。

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