Abaqus 粘聚力模型（Cohesive Model）

Abaqus提供了兩種方法模擬膠結特性：

• 使用Cohesive單元模擬膠結，通過定義材料屬性和截面，給Cohesive單元賦Cohesive截面屬性，以此模擬膠結層；
• 使用接觸（Contact）模擬膠結，在有限模型中需要在膠結的兩個面之間創建接觸，而接觸特性選用Cohesive Behavior。（在Interaction模塊完成，創建接觸後，在編輯接觸屬性對話框中的Mechanical的子菜單中選擇Cohesive Behavior 和 Damage，所需參數與第一種相同）

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1. 問題描述

兩塊金屬板用膠結在一起，在法向拉力的作用下，分析對金屬板加載過程中的膠層應力、應變及失效過程。 金屬板尺寸：10mm10mm1mm 膠層厚度：0.1mm 仿真所用單位： mm，N，MPa

2. 有限元模型建立--Cohesive單元

該有限元模型的網格採用網格編輯的方法生成，具體方法如下：

1. 【建立實體】建立一個10mm10mm1mm的實體

2. 【網格劃分】進入到Mesh模塊，全局種子設爲1，然後對該實體進行網格劃分

3. 【網格分離】選擇“Mesh”菜單下的“ Create Mesh Part”子菜單，完成網格從實體的分離；然後選擇該網格，並創建set，名稱爲“Bottom”

4. 【網格編輯】 （1）點擊“Mesh”菜單下的“Edit”子菜單，然後在彈出的界面中的“Category”選擇“Mesh”，在“Method”中選擇“Offset（Create solid layers）”，然後用“by angle”的方法選擇上面的網格並點擊鼠標中鍵，在彈出的界面中設置厚度爲0，層數爲1，並命名爲“Cohesive”； （2）以同樣的方法，再複製一層網格，此時厚度設爲1，層數爲0，命名爲“Top”，設置界面和結果如下圖所示。 （3）選擇單元類型，“Top”和“Bottom”網格爲“C3D8R”，“Cohesive”單元類型爲“COH3D8”;

5. 【定義材料】 （1）板材的材料名稱爲“Mat-Steel”，彈性模量爲 198E3 ，泊松比爲 0.3；截面名稱爲“Sect-Steel”，Category爲“Solid”，Type選擇“Homogeneous” （2）膠層材料名稱爲“Mat-EC3448”，彈性性能選擇Elasticity--Elastic，在Type中選擇“Traction”，然後在Data參數表中依次輸入1000，385，385；定義損傷準則，這裏採用Quads Damage（二次名義應力準則），在Mechanical--Damage for Traction Separation Laws--Quads Damage，在Data表中依次輸入6.8，35，35，然後在子選項中定義，即點擊Suboptions，然後選擇損傷演化“Damage Evolution”，在Data數據表中輸入0.001，具體設置選型如下所示；截面名稱爲“Sect-Cohesive”，，Category爲“Other”，Type選擇“Cohesive”，並設置初始厚度，Initial thichness選擇Specify，並輸入“0.1”。 （3）材料賦值，其中Bottom和Top材料定位“Sect-Steel”，膠層材料爲“Sect-Cohesive”。

6. 【裝配】直接將模型進行導入到裝配中。

7. 【創建參考點】創建兩個參考點，並分別創建set，Tyep選擇則Geometry。Set-PR1（5，5，2），Set-PR2（5，5，0）

8. 【創建剛體約束】進入到Interaction模塊，然後點擊創建約束（Create Constraint）圖標，然後Name填寫“Rigid-1”，Type選擇“Rigid body”，點擊繼續；點擊在Reference Point下的箭頭，然後選擇PR-1參考點，在Type中選擇“Body（element）”，點擊右側的箭頭，然後選擇Set，在過濾器中選擇*.Top，然後繼續。同理創建第二個剛體約束。

9. 【創建分析步】其它保持默認，Incrementation選項卡中的設置如下圖所示；

10. 【設置輸出變量】設置需要輸出的變量，暫時保持默認 。

11. 【創建邊界】切換到Load模塊，然後點擊“Create Boundary Condition”按鈕，Step選擇爲“Initial”，Category選擇“Mechanical”，Tpyes for Seclected Step選擇“Symmetry”；region類型選擇爲Geometry，然後選擇PR-2參考點，邊界選擇最後一項“ENCASTRE”.

12. 【位移載荷】在PR-1參考點上施加位移載荷，Step選擇爲“Step-1”Category選擇“Mechanical”，Tpyes for Seclected Step選擇“Displacement”，大小爲U3=0.002.

13. 【求解】創建job並提交求解。

14. 【結果查看】

（1）支座力-位移曲線查看

（2）繪製Cohesive單元應力-應變曲線

3. 有限元模型建立--接觸方法

1. 【建模和網格劃分】建立單個實體，並導入到裝配中兩個，名稱分別爲Bottom和Top，全局種子爲1，並劃分網格。

【創建Surface】點擊Surface--Create，分別給接觸的平面創建平面，名稱分別爲“Surf-Bottom”和“Surf-Top” 3. 【定義材料】板材的材料名稱爲“Mat-Steel”，彈性模量爲 198E3 ，泊松比爲 0.3；截面名稱爲“Sect-Steel”，Category爲“Solid”，Type選擇“Homogeneous”。 4. 【創建接觸屬性】Create Interaction Property按鈕，名字Name改爲：“CohesiveContact”，Type爲Contact；在彈出的窗口中選擇Mechanical--Cohesive Behavior，在Traction-separation Behavior中選擇“Specify stiffness coefficient”，然後在表格中依次填入數據1000，385，385；添加損傷準則，Mechanical--Damage，準則選擇“Quadratic traction”，然後在表中依次填寫數據6.8，35，35；勾選Specify Damage evolution，在彈出的數據表中填寫0.001；至此，接觸屬性的設置和接觸單元的設置完全相同了。 5. 【創建接觸】點擊Create Interaction按鈕，在彈出的界面中，名稱定義爲“Cohesive”，Type for Selected Step選擇第一個“Surface-to-Surface Contact（Standard）”，繼續；在過濾器中選擇Surf-Bottom和Surf-Top；彈出Edit Interaction界面，選擇剛剛創建的屬性“CohesiveContact”；Discretization method選擇“Node to Surface”；

1. 【創建分析步】其它保持默認，Incrementation選項卡中的設置與上個例子相同；

2. 【設置輸出變量】設置需要輸出的變量，暫時保持默認 。

3. 【創建邊界】切換到Load模塊，然後點擊“Create Boundary Condition”按鈕，Step選擇爲“Initial”，Category選擇“Mechanical”，Tpyes for Seclected Step選擇“Displacement”；選擇下表面做爲邊界，固定U3方向。

4. 【位移載荷】在PR-1參考點上施加位移載荷，Step選擇爲“Step-1”Category選擇“Mechanical”，Tpyes for Seclected Step選擇“Displacement”，選擇上表面，大小爲U3=0.002.

5. 【求解】創建job並提交求解。

6. 【結果查看】

參考資料 【1】《ABAQUS分析之美》 【2】粘聚力模型（Cohesive Model）應用小結