Abaqus cohesive element在压缩方向上的力学行为

问题来源

有很多人反应过说有的模型建立完后存在穿模问题，经过分析，大概可以认为是界面单元的压缩行为引起的，为了验证这一猜想，建立了如下模型。

基础模型

参考视频

https://www.bilibili.com/video/BV1xM411n78F/?spm_id_from=333.788&vd_source=c40ba893ef435f70762bf0aea168150f

或者专栏

Abaqus cohesive入门教程(2)—基于cohesive 单元方法的建模案例 - 哔哩哔哩 (bilibili.com)

只要把其中的位移边界条件由拉伸改为压缩以模拟界面单元的压缩行为。

模型结果及对比

原拉伸结果如图1所示，本模型压缩结果如图2所示，为了方便对比，将实际提取的压缩位移和力都取了绝对值。

对比图1和图2可以看到，不同于拉伸行为，压缩行为不会发生损伤，始终以定义的拉伸刚度进行反应压缩行为。这一点可可以在帮助文档中找到答案，以下来自帮助文档原文：

“By default, cohesive elements retain their resistance to compression even if their resistance to other deformation modes is completely degraded. As a result, the cohesive elements resist interpenetration of the surrounding components even after the cohesive element has completely degraded in tension and/or shear.”

“The cohesive layer does not undergo damage under pure compression”

也就是说，默认情况下，abaqus压缩只有刚度，而没有压缩强度阈值，这代表着cohesive element不会发生压缩破坏。即便是拉伸或剪切使单元失效了，在压缩方向依然有刚度阻力。

图1 拉伸结果

图2 压缩结果

综合上述结果，在粘聚力单元厚度方向上将压缩与拉伸行为绘制到一个图上，就是下图的样子。图中第一象限代表拉伸行为，第三象限代表压缩行为。在拉伸方向上，随着位移的增大，拉伸应力先增大随后发生损伤减小，直至失效。而在压缩方向上，cohesive element始终保持线弹性力学行为而不会发生损伤。

图3

另外

如果界面压缩与拉伸刚度明显不同，可以指定压缩系数f，那么压缩刚度就等于拉伸刚度×压缩系数f。此操作在CAE界面不支持，仅可通过修改inp文件进行。具体操作步骤如下：

在inp文件中找到

"*Elastic， type=TRACTION"这一行，如图4所示。

后面加上“COMPRESSION FACTOR=f”，如图5所示。

修改完后提交inp文件计算，结果如图6所示，可以看到压缩刚度已经由50000变为100000。

图4

图5

图6