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关于cohesive element设定Damage evolution参数的问题
请问cohesive element中设定Damage evolution参数时
Normal mode fracture energy.
Shear mode fracture energy for failure in the first shear direction.
Shear mode fracture energy for failure in the cond shear direction.
这3个参数是如何确定的呢，看版上有的算例设为0.8,1.0,1.0？谢谢。 | |
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wdsh1016 助理工程师
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技术分 3 | 你确定了strength了么？
假如你确定了strength，stiffness，那么这个energy的范围是可以大致上根据T-S law曲线来计算出来的。这里的energy是traction-paration law曲线三角形下的面积。 | |
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281819072 助理工程师
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技术分 0 | 多谢dava版主的回答，但是要确定fracture energy除了strength，stiffness外还需
要单元完全破坏时的应变或者位移值，这个值是如何得到的呢，必须通过实验吗？
另外，如果sofening law是nonliner的话，就需要根据sofening law的函数利用数
值积分算出sofening那部分的fracture energy，ABAQUS 有自带的linear,exponential
sofening law, 可以定义其他形式的如power sofening law吗？谢谢了。 | |
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runyuwsh 助理工程师
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技术分 2 |
要估算大体上energy的范围，应该是不需要完全破坏的应变或者位移值的。假如你有了stiffness和strength，完全可以定下来traction--paration law曲线的前一半，整体的Fracture energy肯定要大于这个值。
traction-paration law的后半部分比较难测，无论从实验上还是计算模拟，国际上的专家们发表了不少关于确定fracture energy的理论结果，但是还没看到比较权威的。
softening的过程目前abaqus只提供了两种，其他的也许可以通过用户子程序umat编写，没试过
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tingtinghuage 助理工程师
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技术分 1 | 要是裂纹尖端的网格划分足够细的话，破坏能量其实和断裂力学中的应变能释放率是等价的。所以这个破坏值需要试验来确定，如测定GIc和GIIc的DCB和ENF试验。 | | 创意线描 |
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sdsailing 助理工程师
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技术分 0 | 搞断裂的人渐渐多了，呵呵，讨论出真知。
Energy relea rate G有个前提，即断裂尖端不能进入塑性区。另外，在一定的情况下，J-intergral可以计算简单情况的G，不过假如涉及到混合mode的断裂的话，可能就要借助试验多一些了 | |
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zzy41625 助理工程师
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技术分 1 | 非常感谢dava, potatohawkyang的热心回答，不过我想除了strength和stiffness外，如果完全破坏时的应变或者位移值及后半段的softening law能确定的话，完整的T-S law也就能确定了，那么完整的fracture energy也就能准确得到了。
基于线弹性断裂力学（LEFM）, fracture energy 是等于critical energy relea rate的,但在cohesive fracture mechanics中， energy relea rate 由两部分组成，一部分是 Griffith-Irwin energy dissipation mechanism, 决定产生新的 surfaces的能量，这部分可由LEFM得到；另一部分是Dugdale-Barenblatt energy dissipation mechanism, 决定在分开新的surface时克服 cohesive pressure的能量。但我有些想不通的是在ABAQUS的cohesive element中似乎只是算来自后一部分的energy relea rate而没有包括前一部分的energy relea rate或是J-integral值, 所以虽然能从T-S law得到fracture energy但并没有得到完整的energy relea rate，或者是我没理解透ABAQUS这部分的功能。请高手指教。
另外对于大多数材料来说，linear 或者exponential 的softening law是比较粗糙的，如果要考虑比较复杂的softening本构关系看来只能考虑Umat甚至Uel结合Umat了？欢迎大家讨论。谢谢。 | |
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lqs196537 助理工程师
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技术分 0 | 有意思，呵呵，好久没有参加这么有价值的理论讨论了，我去查资料再来回复你。
yaooay能否详细说说这两个Energy的区别？尤其是分开新的surface的Dugdale-Barenblatt energy dissipation mechanism那部分？ | |
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lixiaomei_1106 助理工程师
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技术分 0 | 呵呵，难得今天有点时间，我就来抛砖引玉一下把。
我们知道从1914年Ingless和1921年Griffith提出断裂力学开始，一直到60年代都停
责任护士岗位职责留在线弹性断裂力学(LEFM)的层次。后来由於发现在裂纹尖端进入塑性区后
用LEFM仍然无法解决stress singularity的问题。1960年由Barenblatt和Dugdale率
先提出了nonlinear/plastic fracture mechnics的概念，在裂纹前端引入了plastic
zone,这也就是我们现在用的 cohesive fracture mechnics的前身。当时这个概念
还没引起学术界的轰动。直到1966年Rice发现J-integral及随后发现在LEFM中J-integral
是等于energy relea rate的关系(赞大牛Rice一个，在读Ph.D期
间就推导出对断裂力学有重要意义的J-integral了。。。，实令我辈汗颜)。随后在
工程中发现了越来越多的LEFM无法解释的问题。cohesive fracture mechnics开始
引起更多的关注。在研究以混凝土为代表的quassi-brittle material时，cohesive
fracture mechnics提供了非常好的结果，所以在70年代到90年代，cohesive fracture
mechnics被大量应用于混凝土研究中。目前比较常用的方法主要是fictitious crack
approach和effective-elastic crack approach或是称为equivalent-elastic crack
approach. 其中fictitious crack approach只考虑了Dugdale-Barenblatt energy
mechanism而effective-elastic crack approach只考虑了基於LEFM的Griffith-Irwin
energy dissipation mechanism，但作了一些修正。简单来说，我读了一下ABAQUS
cohesive element的理论帮助，个人觉得ABAQUS的cohesive element采用的是广泛
应用于混凝土的类似fictitious crack的方法。只考虑了Dugdale-Barenblatt energy
mechanism。这其中softening law 的影响是非常重要的。但ABAUQS似乎只提供了
linear 或者exponential 的softening law，复杂的本构关系还需要另想办法。至
於基於Griffith-Irwin energy dissipation mechanism的J-integral值可以在LEFM分
析中单独算。(ABAQUS用的是SuoZhigang和Hutchinson在1990一篇论文中提出的方
法) 目前cohesive fracture mechnics已经被应用于各种材料。不过在使用到纳米
或者更小数量级的研究中碰到了不少问题，可能需要结合位错和分子动力学的一些
理论，我现在的研究中也碰到类似的一些问题，希望和大家一起讨论。 | |
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jfeng990 助理工程师
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技术分 0 | yaooay说的的确很有道理，其实在ABAQUS文档中，也说cohesive elements实际上是看作可以法向和切向移动的两个面，因此它所模拟的裂纹扩展也只是考虑了两个面的相互作用力，而没有考虑产生新裂纹面所消耗的能量。 | |
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标题: [求助]关于cohesive element设定Damage evolution参数的问题 |
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hannzj 助理工程师
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技术分 0 | 总结得不错！
这里有篇paper提到，在cohesive zone model中的断裂能可以认为近似等于LEFM的critical energy relea rate，并且提出这个假设的成立有个前提条件，即cohesive zone非常的小。
Energy variation during crack growth in cohesive fracture model
Wang CY, SUun CT.
ECCOMAS 2004 | |
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cohesive element和cohesive material
在6.5使用cohesive element，定义cohesive材料属性的时候主要步骤：
1.定义一个材料的名字，比如cohesive，不要去定义任何属性（弹性，弹塑性等等）。
2.打开工具栏model--edit keywords，在inp中手动添加材料的各种属性。
PS: 定义ction的时候选cohesive，element control选sweep，element type选cohesive，这些是使用cohesive element的基本步骤。
zero thickness的cohesive ction设定
abaqus所谓的zero-thickness，其实就是定义cohesive ction的initial thickness=1.0。你可以在定义ction的时候定义（specify），也可以用系统默认的thickness（也是1.0），这样有关cohesive element的计算当中，就有displacement（位移）=strain（应变）*thickness ( 1.0 )=strain的数值。
我们知道从1914年Ingless和1921年Griffith提出断裂力学开始，一直到60年代都停留在线弹性断裂力学(LEFM)的层次。后来由於发现在裂纹尖端进入塑性区后用LEFM仍然无法解决stress singularity的问题。1960年由Barenblatt和Dugdale率先提出了nonlinear/plastic fr立即读音
acture mechnics的概念，在裂纹前端引入了plastic zone,这也就是我们现在用的 cohesive fracture mechnics的前身。当时这个概念还没引起学术界的轰动。直到1966年Rice发现J-integral及随后发现在LEFM中J-integral是等于energy relea rate的关系(赞大牛Rice一个，在读Ph.D期间就推导出对断裂力学有重要意义的J-integral了。。。，实令我辈汗颜)。随后在工程中发现了越来越多的LEFM无法解释的问题。cohesive fracture mechnics开始引起更多的关注。在研究以混凝土为代表的quassi-brittle material时，cohesive fracture mechnics提供了非常好的结果，所以在70年代到90年代，cohesive fracture mechnics被大量应用于混凝土研究中。目前比较常用的方法主要是fictitious crack approach和effective-elastic crack approach或是称为equivalent-elastic crack approach. 其中fictitious crack approach只考虑了Dugdale-Barenblatt energy mechanism而effective-elastic crack approach只考虑了基於LEFM的Griffith-Irwin energy dissipation mechanism，但作了一些修正。简单来说，我读了一下ABAQUS cohesive element的理论帮助，个人觉得ABAQUS的cohesive element采用的是广泛应用于混凝土的类似fictitious crack的方法。只考虑了Dugdale-Barenblatt energy mechanism。这其中softening law 的影响是非常重要的。但ABAUQS似乎只提供了linear 或者exponential 的softening law，复
杂的本构关系还需要另想办法。至於基於Griffith-Irwin energy dissipation mechanism的J-integral值可以在LEFM分析中单独算。(ABAQUS用的是SuoZhigang和Hutchinson在1990一篇论文中提出的方法) 目前cohesive fracture mechnics已经被应用于各种材料。不过在使用到纳米或者更小数量级的研究中碰到了不少问题，可能需要结合位错和分子动力学的一些理论，我现在的研究中也碰到类似的一些问题，希望和大家一起讨论。
做裂纹ABAQUS有几种常见方法。
最简单的是用debond命令, 定义*FRACTURE CRITERION, TYPE=XXX, 参数。。。** *DEBOND, SLAVE=XXX, MASTER=XXX, time increment=XX0,1, ……......time,0要想看到开裂特别注意需要在指定的开裂路径上定义一个*Nt，然后在*INITIAL CONDITIONS, TYPE=CONTACT中定义master, slave, 及指定的Nt这种方法用途其实较为有限。另一种方法，在interaction模块，special, 定义crack am, 网格最好细化，用collap element模拟singularity. 这种方法可以计算J积分，应力强度因子等常用的断裂力学参数.裂尖及奇异性定义:在interaction-special,先定义crack, 定义好裂尖及方向, 然后在singularity选择：midside node parameter: 输入0.25, 然后选Collapd element side, duplicate nodes，8节
点单元对应(1/r)+(1/r^1/2)奇异性。这里midside node parameter选0.25对应裂尖collap成1/4节点单元。如果midside nodes不移动到1/4处, 则对应(1/r)奇异性, 适合perfect plasticity的情况.网格划分:裂尖网格划分有一些技巧需要注意，partition后先处理最外面的正方形，先在对角线和边上布点，记住要点constraint, 然后选第三个选项do not allow the number of elements to change不准ed变化，密度可以自己调整. 最里面靠近圆的正方形可以只在对角线上布点. 也可以进一步分割内圆及在圆周上布点. 里面裂尖周围的内圆选free mesh, element type选cps6或者cpe6，外面四边形选sweep mesh, element type选cps8或者cpe8, 记住把quad下那个缩减积分的勾去掉。
