用XFEM做混凝土榫断裂的几个经验的问题

sunwenbiao

这段时间做了XFEM的模型，也参考了贴吧里能搜到的几乎所有的关于基于XFEM做混凝土断裂的例子，也看到了不少人提出了相同的问题，下面就我最近做的不如意的结果，分享下几个常见的问题总结如下（大神勿喷，因为我的模型现在并没有做完，相信还有很多人和我一样或者是刚入门的人）：

1、XFEM和混凝土损伤塑性（CDP）的本构是否可以一起做的问题,我也都尝试的结果是这样子的，
首先：如果加速混凝土损伤塑性（包括砼的本构以及损伤因子的发展），模型是可以算，只是很快就中断了；
其次：为了便于选用混凝土的塑性本构，在损伤塑性里没加入损伤因子，这样子计算比之前要算的多一点，但是看不到裂纹的发展；


2、XFEM只能用于隐式计算，所以他的收敛性是最主要的问题（我的模型目前为之还没算出一个比较满意的结果，也就是都中断了），所以如果想用动力显式计算而快速得到结果的话，那么可以考虑下用Brittle Cracking做裂纹，只是脆性裂纹中，本构依旧不能加入塑性，（最后我也考虑了只加入塑性，然而是各向同性，故而最大主应力值不能座座位参考）；


3、混凝土的本构中，如果只考虑线弹性，也就是只输入弹模和泊松比，计算的结果较之前的计算要好点，但是，由于没有定义初始裂纹，在后来的结果中，混凝土裂纹的发展和试验现象并不吻合，所以如果还有同学想做出和试验现象吻合的裂纹发展的话，建议做初始裂纹，另外就是要设置好分析步的初始步长，（之前参考的帖子找不到了，下次找到了再补上）


4、另外就是网格的问题：就我计算的结果而言，网格是否加密很多对结果并没有什么影响，扩展有限元的计算不需要事先安排裂纹指定路径，也不是在单元的界面作为裂纹发展，也可以不指定初始裂纹。


最后就是我的模型依旧因为收敛的问题计算不下去，最后分享下我做的一个视频以及其他部分参考资料，希望对那些和我一样同样刚入门的朋友有些帮助。




分享几个入门的帖子：
XFEM的介绍以及一个简单模型的教程：http://blog.sina.com.cn/s/blog_68d0921b0102ve55.html
做XFEM的很详细的一个教程(入门的教程):http://forum.simwe.com/thread-887293-1-1.html
脆性裂纹Brittle Cracking的参考：http://forum.simwe.com/thread-1077765-1-1.html
混凝土榫剪断的模型：http://forum.simwe.com/thread-944161-1-1.html  （这个模型和我的试验比较接近，大家可以参考下他的模）
地震作用下混凝土框架开裂的帖子（虽然简单，但是已经把一个模型做全了）：http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1090853
混凝土开裂的XFEM、以及几种裂纹模型的区别和大致定义可以在这看到： http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=988829

sunwenbiao

我的模型的裂纹视频以及其他资料因为太大上传不了了，每次只能512K好像，就现在的结果希望对大家有帮助，也希望大神和版主对 XFEM以及 CDP结合使用做一点帮助

hiker_1@163.com

目前看到的对现阶段的我帮助最大的帖子，先致谢。前期浏览的很多案例或者自己的尝试都是按照弹性来的，按照摩尔库伦可以收敛，但是粘聚力设置的问题，计算结果很不理想，也存在裂缝发展到一定程度终止的问题；采用塑性损伤本构，则跟楼主一样，计算很快中断，目前正在调试，寻找原因。

sunwenbiao

hiker_1@163.com 发表于 2016-9-16 01:50
目前看到的对现阶段的我帮助最大的帖子，先致谢。前期浏览的很多案例或者自己的尝试都是按照弹性来的，按照 ...

如果你也是做XFEM的话，这里有个问题想暂时先提出来：
1、扩展有限元是基于断裂力学做出来的，故而对于裂纹的发展必须先定义初始裂纹，否则没有所谓的裂纹尖端，断裂力学中的应力强度因子、J积分、裂纹尖端场等都是基于裂纹尖端才有意义；
2、CDP模型的理论是基于损伤力学，损伤力学侧重于加入损伤因子，而使得刚度失效折减，故而只能考虑单元整体的一个力学行为，对于损伤力学的模型，目前暂没有统一的计算方法和公认的理论，在XFEM中加入损伤，这种做法类似于现在破坏力学的做法，在模型中调节的参数可能并没有多大的实际意义。
有其他问题可以再提出来一起学习。

hiker_1@163.com

看到回复，十分感谢。
对问题1，不是十分理解。按照aba提供的理论，采用xfem时，是否预设裂纹，不做强制要求。只是严格还原试验现象的话，最好预设裂纹吧？但是试验只是个例，且试验的边界条件存在不少的未知，为了模拟而模拟，似乎失去了研究的本意。我们计算的目的，还是希望找到规律性的结论。所以允许结果与试验甚至实际有一定偏差，但必须在允许范围内；通过大量的计算与分析，寻找一定荷载或者作用条件下结构的响应规律。
对于问题2，现阶段确实不得要领。把损伤力学与断裂力学结合起来，是否可行，成功的人与案例肯定不少，但手段、结果的可信度值得商榷，目前也没有找到比较权威的结论，行还是不行。但是仅按照线弹性，分析钢混这类比较鲜明的弹塑性材料，又很难被行家认可。这是一个矛盾点。也是现阶段明知不可行，仍要坚持尝试的原因。

sunwenbiao

hiker_1@163.com 发表于 2016-9-17 22:20
看到回复，十分感谢。
对问题1，不是十分理解。按照aba提供的理论，采用xfem时，是否预设裂纹，不做强制要 ...

XFEM本身就是断裂力学的东西，做这种分析如果没有初试缺陷（初试裂纹），明显会和试验结果大相径庭；
ABAQUS的CAE中的确是有说是可以不强制预设裂纹，但对于他本身的计算理论而言，这和实际有点违背，当时我也是因为看到这一块不太理解而去找了其他不少资料，所以目前我都不清楚没有预设裂纹的ABAQUS的扩展有限元模型是如何计算开裂并发展的，因为本身就裂纹的萌发而言，这一块一直是不太明了的领域。
不过要是你能调一个理想的模型，还是十分具有参考价值的，另外就个人而言：有限元真的仅供参考，并不能作为研究的依据。