利用ABAQUS进行岩土内部断裂破坏的cohesive单元分析研究

1.      问题引出

我们知道，ABAQUS中经常用于模拟裂纹扩展或断裂行为的是Cohesive单元，Cohesive单元可理解为一种准二维单内聚单元，可以将它看作被一个厚度隔开的两个面，这两个面分别和其他实体单元连接。这种单元在很多行业中的结构关于损伤仿真研究方面经常用到。为此，本文通过建立金属板的胶合模型，用cohesive单元模拟结构的损伤演化。

2.      模型说明

两块金属板用胶结合在一起，在法向拉力作用作用下将两块板分开，分析在对金属板加载过程中胶层的应力应力及失效过程。金属板层尺寸为10×10×1mm，胶层厚度为0.1mm，有限元模型如图1所示，左右两层体单元为金属，中间一层为厚度为0的Cohesive单元，此次仿真用的单位制系统是mm、N、MPa。

图1金属板胶接模型

3有限元分析

利用ABAQUS进行本次Cohesive单元损伤演化分析步骤如图2所示，主要包括：创建部件及划分网格、创建材料并给部件赋予材料属性、装配、创建参考点和刚体约束、创建分析步、设置输出变量、创建边界条件及施加位移载荷、创建分析作业并提交分析、可视化处理，其中在两个仿真环节中会设计到cohesive单元的设置及后处理操作，因此，本文着重分析这两个方面的内容。在创建材料赋予材料属性这里，软件中是通过单击工具箱中assign section，单击sets按钮，在region assignment对话框中选择Sect-cohesive，单击ok完成，具体操作界面见图3所示，其他部件操作依次类推。此外在最后的可视化处理操作在后续介绍。

图2分析步骤

图3 region section界面设置

3可视化后处理操作

具体在ABAQUS中的操作见附件cae格式文件，最终的结果如下各图所示。

3.1绘制支反力位移曲线

图4

3.2绘制cohesive单元的应力-应变曲线

图5

3.3绘制cohesive单元的应力-位移、应变-位移曲线

图6

4结论

通过对cohesive单元的应用，对于cohesive单元失效定义及其损伤演化过程及后处理给出了说明，这对于多种脆性材料及混凝土材料内部的裂纹扩展及损伤应用具有重要意义。