Abaqus 粘聚力模型（Cohesive Model）

Abaqus提供了两种方法模拟胶结特性：

• 使用Cohesive单元模拟胶结，通过定义材料属性和截面，给Cohesive单元赋Cohesive截面属性，以此模拟胶结层；
• 使用接触（Contact）模拟胶结，在有限模型中需要在胶结的两个面之间创建接触，而接触特性选用Cohesive Behavior。（在Interaction模块完成，创建接触后，在编辑接触属性对话框中的Mechanical的子菜单中选择Cohesive Behavior 和 Damage，所需参数与第一种相同）

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目录

• 1. 问题描述
• 2. 有限元模型建立--Cohesive单元
• 3. 有限元模型建立--接触方法

1. 问题描述

两块金属板用胶结在一起，在法向拉力的作用下，分析对金属板加载过程中的胶层应力、应变及失效过程。
金属板尺寸：10mm10mm1mm
胶层厚度：0.1mm
仿真所用单位： mm，N，MPa

2. 有限元模型建立--Cohesive单元

该有限元模型的网格采用网格编辑的方法生成，具体方法如下：

1. 【建立实体】建立一个10mm10mm1mm的实体

2. 【网格划分】进入到Mesh模块，全局种子设为1，然后对该实体进行网格划分

3. 【网格分离】选择“Mesh”菜单下的“ Create Mesh Part”子菜单，完成网格从实体的分离；然后选择该网格，并创建set，名称为“Bottom”

4. 【网格编辑】
   （1）点击“Mesh”菜单下的“Edit”子菜单，然后在弹出的界面中的“Category”选择“Mesh”，在“Method”中选择“Offset（Create solid layers）”，然后用“by angle”的方法选择上面的网格并点击鼠标中键，在弹出的界面中设置厚度为0，层数为1，并命名为“Cohesive”；
   （2）以同样的方法，再复制一层网格，此时厚度设为1，层数为0，命名为“Top”，设置界面和结果如下图所示。
   （3）选择单元类型，“Top”和“Bottom”网格为“C3D8R”，“Cohesive”单元类型为“COH3D8”;
   

5. 【定义材料】
   （1）板材的材料名称为“Mat-Steel”，弹性模量为 198E3 ，泊松比为 0.3；截面名称为“Sect-Steel”，Category为“Solid”，Type选择“Homogeneous”
   （2）胶层材料名称为“Mat-EC3448”，弹性性能选择Elasticity--Elastic，在Type中选择“Traction”，然后在Data参数表中依次输入1000，385，385；定义损伤准则，这里采用Quads Damage（二次名义应力准则），在Mechanical--Damage for Traction Separation Laws--Quads Damage，在Data表中依次输入6.8，35，35，然后在子选项中定义，即点击Suboptions，然后选择损伤演化“Damage Evolution”，在Data数据表中输入0.001，具体设置选型如下所示；截面名称为“Sect-Cohesive”，，Category为“Other”，Type选择“Cohesive”，并设置初始厚度，Initial thichness选择Specify，并输入“0.1”。
   （3）材料赋值，其中Bottom和Top材料定位“Sect-Steel”，胶层材料为“Sect-Cohesive”。
   

6. 【装配】直接将模型进行导入到装配中。

7. 【创建参考点】创建两个参考点，并分别创建set，Tyep选择则Geometry。Set-PR1（5，5，2），Set-PR2（5，5，0）

8. 【创建刚体约束】进入到Interaction模块，然后点击创建约束（Create Constraint）图标，然后Name填写“Rigid-1”，Type选择“Rigid body”，点击继续；点击在Reference Point下的箭头，然后选择PR-1参考点，在Type中选择“Body（element）”，点击右侧的箭头，然后选择Set，在过滤器中选择*.Top，然后继续。同理创建第二个刚体约束。

9. 【创建分析步】其它保持默认，Incrementation选项卡中的设置如下图所示；
   

10. 【设置输出变量】设置需要输出的变量，暂时保持默认 。

11. 【创建边界】切换到Load模块，然后点击“Create Boundary Condition”按钮，Step选择为“Initial”，Category选择“Mechanical”，Tpyes for Seclected Step选择“Symmetry”；region类型选择为Geometry，然后选择PR-2参考点，边界选择最后一项“ENCASTRE”.

12. 【位移载荷】在PR-1参考点上施加位移载荷，Step选择为“Step-1”Category选择“Mechanical”，Tpyes for Seclected Step选择“Displacement”，大小为U3=0.002.

13. 【求解】创建job并提交求解。

14. 【结果查看】
    

（1）支座力-位移曲线查看

（2）绘制Cohesive单元应力-应变曲线

3. 有限元模型建立--接触方法

1. 【建模和网格划分】建立单个实体，并导入到装配中两个，名称分别为Bottom和Top，全局种子为1，并划分网格。

【创建Surface】点击Surface--Create，分别给接触的平面创建平面，名称分别为“Surf-Bottom”和“Surf-Top”
3.
【定义材料】板材的材料名称为“Mat-Steel”，弹性模量为 198E3 ，泊松比为 0.3；截面名称为“Sect-Steel”，Category为“Solid”，Type选择“Homogeneous”。
4.
【创建接触属性】Create Interaction Property按钮，名字Name改为：“CohesiveContact”，Type为Contact；在弹出的窗口中选择Mechanical--Cohesive Behavior，在Traction-separation Behavior中选择“Specify stiffness coefficient”，然后在表格中依次填入数据1000，385，385；添加损伤准则，Mechanical--Damage，准则选择“Quadratic traction”，然后在表中依次填写数据6.8，35，35；勾选Specify Damage evolution，在弹出的数据表中填写0.001；至此，接触属性的设置和接触单元的设置完全相同了。
5.
【创建接触】点击Create Interaction按钮，在弹出的界面中，名称定义为“Cohesive”，Type for Selected Step选择第一个“Surface-to-Surface Contact（Standard）”，继续；在过滤器中选择Surf-Bottom和Surf-Top；弹出Edit Interaction界面，选择刚刚创建的属性“CohesiveContact”；Discretization method选择“Node to Surface”；

6. 【创建分析步】其它保持默认，Incrementation选项卡中的设置与上个例子相同；

7. 【设置输出变量】设置需要输出的变量，暂时保持默认 。

8. 【创建边界】切换到Load模块，然后点击“Create Boundary Condition”按钮，Step选择为“Initial”，Category选择“Mechanical”，Tpyes for Seclected Step选择“Displacement”；选择下表面做为边界，固定U3方向。

9. 【位移载荷】在PR-1参考点上施加位移载荷，Step选择为“Step-1”Category选择“Mechanical”，Tpyes for Seclected Step选择“Displacement”，选择上表面，大小为U3=0.002.

10. 【求解】创建job并提交求解。

11. 【结果查看】
    

参考资料
【1】《ABAQUS分析之美》
【2】粘聚力模型（Cohesive Model）应用小结