复合材料模型建模与分析1.Cohesive单元建模方法1.1几何模型使用内聚力模型（cohesivezone）模拟裂纹的产生和扩展，需要在预计产生裂纹的区域力口入cohesive层建立cohesive层的方法主要有：方法一、建立完整的结构（如图1（a）所示），然后在上面切割出一个薄层来模拟cohesive单元，用这种方法建立的cohesive单元与其他单元公用节点，并以此传递力和位移方法二、分别建立cohesive层和其他结构部件的实体模型，通过“tie”绑定约束，使得cohesive单元两侧的单元位移和应力协调，如图1（b）所示a）cohesive单元与其他单元公用节点（b）独立的网格通过“tie”绑定图1•建模方法上述两种方法都可以用来模拟复合材料的分层失效，第一种方法划分网格比较复杂；第二种方法赋材料属性简单，划分网格也方便，但是装配及“tie”很繁琐；因此在实际建模中我们应根据实际结构选取较简单的方法1.2材料属性应用cohesive单元模拟复合材料失效，包括两种模型：一种是基于traction-separation描述；另一种是基于连续体描述其中基于traction-separation描述的方法应用更加广泛。
而在基于traction-separation描述的方法中，最常用的本构模型为图2所示的双线性本构模型它给出了材料达到强度极限前的线弹性段和材料达到强度极限后的刚度线性降低软化阶段注意图中纵坐标为应力，而横坐标为位移，因此线弹性段的斜率代表的实际是cohesive单元的刚度曲线下的面积即为材料断裂时的能量释放率因此在定义cohesive的力学性能时，实际就是要确定上述本构模型的具体形状：包括刚度、极限强度、以及临界断裂能量释放率，或者最终失效时单元的位移常用的定义方法是给定上述参数中的前三项，也就确定了cohesive的本构模型Cohesive单元可理解为一种准二维单元，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Cohesive单元只考虑面外的力，包括法向的正应力以及XZYZ两个方向的剪应力下文对cohesive单元的参数进行阐述，并介绍参数的选择方法traction单元的刚度基于traction-separation理解模型的界面单元的刚度可以通过一个简单杆的变形公式来其中L为杆长，E为弹性刚度,一PLAEA为初始截面积，P为载荷公式（1）又可以写成K(1)(2)其中S=P/A为名义应力，K=E/L为材料的刚度。
为了更好的理解K，我们把K=EL写成:L1『这里我们用L•来代替1,其中L可以理解为建模厚度,（3）即建模时cohesiveinterface的几何厚度；L为实际厚度，即cohesiveinterface的真实厚度，这个厚度在cohesivesection中定义EL可以理解为几何刚度，即模型中cohesiveinterface所具有的刚度;cohesiveinterface的真实刚度当L为1时，计算界面刚度就采用几何刚度EL，当L为0.001时,计算时界面刚度变为1OOOEJL举个小例子，如果界面的实际厚度为0.01，而在建模时就是按照这个厚度建立的，在定义material-section时又specify这层的厚度为0.01，实际上就等于把界面刚度提高了2个数量级，模拟结果当然是不对的，这时定义section时应采用默认厚度1ABAQUS在cohesive建模中使用了很"人性化”的设计，实际问题中界面可能很薄，有的只有0.001mm，甚至更小有些问题cohesive单元的interface还可能是0厚度（比如crack问题），而相对来说整体模型也许很大，如果不引入这两个厚度，我们就要在很大的模型中去创建这个很小的界面这是一个很麻烦的事情。
引入这两个厚度，在建模时我们就可以用有限的厚度来代替这个很小的界面厚度，只要在section中定义这个L•就好了注：以上大部分内容来自仿真论坛：再议cohesive应用中对于一些参数的理解）下面举例来说明cohesive单元刚度的设置过程，以ABAQUS6.9为例：进入property界面，点击Material宀Creat，在弹出的EditMaterial对话框中，可以编辑新创建的cohesive材料的名称，然后点击MechanicalElasticitytElastictTraction，在空格中输入相应的刚度E,iLa*口£«1TiTTB^art.闿■■UhLutlbJ.S'IcIl-bdErofLlv0*戸・皿XAnjp.Epi-ca»1.Fnitlyr■JoaliTlujf-jni.Hjvlp特H号陷口审気：回曰幺・]9国nGB竺pso■空v，■鼬dd.补扭It:PriftrtrV・血1:Mo4hl-L和.V|SIHs-JaIimji!ipItlihLftTiJlaatk.thIIUd||AmIfEIX&5J«bEC5)“M^pViCfl-M-ICDtiC&T■卜…3~L.CKTE|>4(5H也侖■❷•f广叫去昇口gaAuiy□'皆出1：也：白7丨司0Im匡］fileVnvvp^rtIkljiri<1^Aekid*nli-匸faiEit.^irapiSj-«caF..*L*gr!ifulEFIbj-stiC|j»lp馆3FU口/1234AlhA・llbkxd.tT■就Hfj■c-hiliFrapwLjr■dil:Ic-RL-J*Modtls□)£亦站尸IStirif)XlxliiywhAiwe-I;jlianE0An^lTKaa.JoI?■-(5->riLjrFtps恒|C«"rN4±uL3ca±j?呼1.木■IT-!Fnrt：Fir「L甘fciiokl-lHUInJ-jTSSi用RLavL-Ls*Prc-E匚q-asmLamu阴■诃岂啊hiuirilQth«rTnAEcraj-Lava.'Typ*TrutL«nUnilxF*-l«paajd»3.L己祖.luVirfi«livwitHtr：|?-kl-sifElstmi-xrtlii!I.fwrivcbalLKEkieilgp)|*Hp|IMpLtfcllMLk'L*E/KuGL/KxkGZ/Etl囿D1*身就HS,iwHkl.fri.«l卜0血“Q4Pf4XLU占他aSpecial,Fttispr*I»lsPliyrjnsH+lpt?_aXDt^lQie"4*r目M隆Id亘R站口旨凰両厲冃捌血空啦e!\nca.■*dtfudLU”Ita.ddtiHuatfj匸凸口匕口门丄12ilEdiil■T>apHr*Ly西盂■〔'二■■Pd-k>：■■-~l二鹼r~^~)图3.cohesive单元刚度的定义损伤准则初始损伤准则初始损伤对应于材料开始退化，当应力或应变满足于定义的初始临界损伤准则，则此Damage、QuadsDamage、MaxsDamage、则，其中前四种用于一般复合材料分层模拟，时退化开始。
Abaqus的Damagefortractionseparationlaws中包括：QuadeDamage、MaxeMaxpeDamage、MaxpsDamage六种初始损伤准后两种主要是在扩展有限元法模拟不连续体（比如crack问题）问题时使用使用图2所示的双线本构模型，其中:t0、t0及tt0分别代表纯i型、纯n型或纯川破坏的最大名义应力,0、彩,;t0代表相应的最大名义应变，当定义界面单元的初始厚度为1时，则名义应变等于与之相对应的相对位移；n，飞及■-1QuadeDamage为二次名义应变准则：当名义应变比的平方和等于1时，损伤开始n0MaxeDamage为最大名义应变准则:当任何一个名义应变的比值达到1时，损伤开始~s〉=1•0—01's'tQuadsDamage为二次名义应力准则：当各个方向的名义应变比的平方和等于伤开始1时，损MaxsDamage为最大名义应力准则：当任何一个名义应力比值达到1时，损伤开始max-1SpvcLi^Jvn^syraLaoliPlnf-lu.加lpRj?_SXp£■•叶<*q山舞马Ifttl匝二MH应亡亦蘇餌电印ao去左J*?rc^flltrticTjcmTt»□*E*29ua4v口■圻中Qytli1-mlc.v冷丫*■仲ELulL-E3C.rDm■£■iwUnciLl-aHiLklTfwr~T:rgjct.Lon£tjj
其中最常用是QuadsDamage损伤演化规律选择了初始损伤准则之后，然后点击Suboptions宀DamageEvolution,窗口如图5所示其中Type包括Displacement和Energy,Displacement为基于位移的损伤演化规律，而Energy为基于能量的损伤演化规律Softening中包括Linear,Exponential及Tabular三种刚度退化方式”DamageEvolution中的所有的选项都是用来确定单元达到强度极限以后的刚度降阶方式一般常用：以能量来控制单元的退化，即Type^Energy;线性软化模型，即SofteningtLinear,DegradationMaximumMixedmodebehaviorBK,ModemixratioEnergy,并选中PowerEaiUltl自"：-|XUudkliCM)+PkdtLT申LKf曲skiyuiS?fcraw"ti«i«謀血Jy.iw1A咖05)屠gAdafitLwntyfr-icmCcr-^XKUiL^nKCOHlSIfcl(hUiP■悴tI|Hi#哲旷4>c"HwbcTOffltld,VUfliibltGFp■俨「1.,上M串■口■■爵tr^pfcriydtf-*Jh□■*■■!一口k!JTla4Fi壮口FLsiJihimwi［■Sub映j嚴］图5.损伤演化规律定义1.3cohesive单元界面属性还是在Property界面中，点击Section^Create，在弹。