cohesive element的Traction Separation Laws模量厚度的概念及關(guān)

1、cohesive element的Traction Separation Laws模量、厚度的概念及關(guān)系總結(jié)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： 1. 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)。constitutive thickness,參與模型內(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constitutive thickness的時(shí)候可以自己定值，也可以使用geometric thic

2、kness，數(shù)據(jù)從坐標(biāo)直接讀取得到，但后者的缺點(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.2. 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Young's modulus,Poisson's 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

3、ABAQUS中與該材料層的真實(shí)厚度無(wú)關(guān)。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(Young's modulus)*strainE*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

4、求輸入的E(K)/G(K)/G(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.4. 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

5、到的應(yīng)力位移曲線。也就是說(shuō)在模擬中取不同的數(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:

6、0.1/0.1/0.1(三個(gè)方向)displacement at failure: 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.

7、1E/0.1G/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strain×constitutive_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。) 5. 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

8、 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

9、，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)題了。ansys

10、10.0新命令CZMESHCZMESH,ecomps1,ecomps2.KCN,KDIR,VALUE,CZTOL創(chuàng)建、產(chǎn)生分界的粘接單元ecomps1    靠近操作區(qū)域的面組或?qū)嶓w單元的名稱(chēng)或者編號(hào)ecomps2    與ecomps1以操作界面對(duì)稱(chēng)的面組或?qū)嶓w單元的名稱(chēng)或編號(hào)KCN        分割面所在的坐標(biāo)系編號(hào)和法線方向（在ecomps1、2沒(méi)有定義的情況下）KDIR       在指定的分割面所在的坐標(biāo)中垂直于分割面的坐標(biāo)方向 （在ecomp

11、s1、2沒(méi)有定義的情況下）VALUE      分割面所在KDIR的坐標(biāo)值 （在ecomps1、2沒(méi)有定義的情況下）CATOL指定VALUE的公差值，具體的表達(dá)式如幫助中所示           其中X為X最大值與X最小值的差，   Y，Z同樣。注意： 當(dāng)ecomps1、2定義時(shí)，用CAMESH在兩個(gè)組或?qū)嶓w單元之間創(chuàng)建分界單元（INTER202，INTER203，INTER204，INTER205）分隔單元與分界面兩側(cè)的組或?qū)嶓w單元共享結(jié)點(diǎn)創(chuàng)建的分界單元將分割組或?qū)嶓w單元在定義的分界面上后來(lái)的分界操作將會(huì)使分界面上的結(jié)點(diǎn)之間的距離增加。