如何在已经划好网格的part中插入cohesive单元

有限元商业软件ABAQUS提供了多种模拟裂纹开裂的方法，其中以cohesive element和XFEM最为有效。XFEM只需要添加预制裂纹，即能模拟裂纹的扩展，裂纹路径不受限制，可穿过单元传播。XFEM模拟开裂时，认为材料各处的断裂强度是一致，这很难模拟本身具有离散性的脆性材料裂纹扩展受强度影响。将cohesive单元批量嵌入单元网格之间，并赋予cohesive element服从weibull分布的断裂强度，即可实现裂纹沿任意路径扩展，此时裂纹的扩展受强度的影响。虽然用cohesive element模拟裂纹开裂，裂纹只能演单元边开裂，但其对脆性材料开裂的模拟更接近真实情况。ABAQUS CAE中只提供了简单添加cohesive element的方法，要实现cohesive element的批量添加，需要通过对inp文件的处理来实现。

Python是ABAQUS的脚本语言，可很方便的实现文本 *** 作。cohesive element的添加流程如下：

（1）在ABAQUS CAE中生成inp文件，并将需要添加cohesive element的单元建立集合，为描述方便，下文把此集合称作CO_IN_SET；

（2）用python程序读取inp文件，分别获得节点信息及单元信息，以及CO_IN_SET；

（3）获得CO_IN_SET中单元对应的节点，并找出其中节点的重复次数，重复节点大于2的即需生成新的节点，每一重复节点生成的新节点比其重复次数少1，记录新节点对应的单元；

（4）获得CO_IN_SET中单元对应的边的重复次数，其单元的边由单元的节点按逆时针连接形成，单元的重复边即为需要嵌入cohesive单元的地方；

（5）替换CO_IN_SET单元的节点为新的节点，并按照重复边形成cohesive单元；

（6）输出新的包含cohesive element的inp文件。

abaqus中四种模拟裂纹技术的简介及实例 下一步计划 背景及目的 ? 研究方向：CMAS对热 障涂层失效的影响。 ? CMAS主要是影响热障 涂层应力和温度分布， 从而影响热障涂层脱落 速度。 ? 热障涂层脱落主要是由 热障涂层中的裂纹状况 决定。 ? 有限元是将实际情况和 理论联系起来最有效的 工具之一。 目的：通过对各种软件和技术的分析和实验找出适合于模 拟热障涂层裂纹的软件和技术 Chen X. Surface &Coatings Technology, 2006, 200: 3418-3427. abaqus简介 ? abaqus能提供从热障涂层建模到有限元计 算这整个过程所需的软件支持 ? abaqus最擅长于动态非线性分析 ? abaqus *** 作简单，使用方便 理论 技术方法 debond 应用类型 LEFM cohesive element 脆性断裂 Damage collapse element 韧性断裂 XFEM 理 论 模 型 1.线d性断裂力学 （LEFM） 2.基于牵引分离规则的损伤力学 （damage base traction-separation laws） 1.debond 2.cohesive element 3.collapes element 4.XFEM abaqus 技术 1. debond 在abaqus中的 *** 作步骤： 在分析步 之前设置 initial condition 在分析步 中设置 debond的 条件 实现 裂纹 扩展 模拟 实例： 结果： 开裂前： 开裂后： 特点: ? 需预置裂纹和裂纹扩展路径 ? 只适合于模拟脆性裂纹 ? 能输出裂纹扩展时的能量释放率 2. Cohesive element 在abaqus中的 *** 作步骤： 建立一个 连接两个 部件的part 给part设定 cohesive属 性断裂准则 和厚度 实现 裂纹 模拟 实例： 结果： 开裂前： 开裂后： 特点: ? ? ? ? 适合模拟脆性或韧性裂纹 能输出裂纹扩展时的能量释放率 不一定要设置预置裂纹 只能沿预定裂纹扩展路径扩展 3. Collapes element 在abaqus中的 *** 作步骤： 设置预制 裂纹的扩 展方向， 裂纹尖端 的奇异性 参数 实现 裂纹 扩展 模拟 实例： 开裂前： 开裂后： 特点: ? ? ? ? ? 参数设置复杂 需预置裂纹 裂纹可沿任意路径扩展 可模拟韧性或脆性裂纹 裂纹扩展距离有限 4. XFEM 在abaqus中的 *** 作步骤： 设置断裂 准则和预 值裂纹 模拟裂纹 开裂和扩 展 实例： 结果： 开裂前： 开裂后： 特点: ? 不一定要设置预置裂纹 ? 裂纹可沿任意路径扩展 ? 不能输出裂纹扩展过程中的能量释放率 结论 由于热障涂层的裂纹大部分是脆 性裂纹，研究中能量释放率是一个重 要的参考指标，同时考虑 *** 作过程难 易情况，因此选择abaqus中的debond技 术来模拟CMAS对热障涂层中裂纹的 扩展的影响。 下一步计划 ?用abaqus建立覆盖有CMAS的热障涂层物 理模型 ?将物理模型转化为数值模型 ?实现模型中裂纹的扩展

---