本帖最后由 278069641 于 2018-3-31 10:48 编辑
本人发此贴目的在于分享自己在探索利用CFEM法研究不同材料组织结构对裂纹扩展影响过程中遇到的cohesive elements 插入问题的解决心得与遗留的问题，本人空闲时间有限，不能一次性把这个问题讲清楚，但会慢慢更新自己的帖子。希望对大家有所帮助.
通过修改inp文件来插入cohesive 单元首先就要了解inp文件，我想通过做小例子的方法来为大家讲解如何修改inp文件来插入cohesive elements。
1. 先创建一个可变形的part，并利用partition功能划分出开裂区域，为了方便后来网格划分的好看，我多partition了一条斜线。
2. 创建材料，截面属性，并赋予给整个part。如图
3.划分网格，由于裂纹扩展一般都不是直线传播的，为了增加裂纹扩展方向的随机性（网格越细，效果越好），我们把裂纹扩展区的网格划分为纯三角形的，非扩展区的网格划分为纯四边形的以示区别。
一般网格划分默认为混合型的，这个时候要用到菜单栏的mesh——contral来设置element形状：
最后效果如图：
4.在设置边界条件和分析步，创建job后提交分析，就可以生产inp文件以及计算结果
本例中采用固定下边，给上边赋予一个向上位移载荷的边界条件。
获得inp文件后，用可以以txt文本格式打开，本例子的inp文件上传到附件 在inp文件中我们可以看到模型的各种参数和约束条件。
本例子中模型的node、element信息在inp文件中如图：
*Node下面的数据给出了Part1-1中node的编号和坐标信息，node是在mesh后产生的，node的数据信息分为三列，第一列为node的编号，第二、三列分别代表了node的x、y的坐标值。即第一列给出了node的身份信息，第二、三列给出了node的位置信息。
*Element表示后面给出的是单元信息，type=后面给出的是单元种类信息。其中CPE3表示3节点平面应变三角形单元，下面列出的单元数据信息对应于模型中部的三角形单元。CPE4R代表4节点平面应变四边形单元，对应与模型两端的四边形单元。
单元数据中第一列为单元编号，编号为整数，且连续。后面几列是组成这个单元的node的编号，例如1号element是由7号、5号、3号node连接而成的三角形单元。9号element是由4、8、14、10号node连接成的四边形单元。
*Nset 是node set 的意思，表示这部分数据给出了一个node集的信息。nset=Set-10表示这个node集的名称为Set-10， generate的意思是说这个node集是按一定间隔规律生成的，下面的数据1,15,1就给出了这个规律，意思是说这个node集是从1到15号node，他们按间隔为1的规律生成，也就是说这个node集包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15这15个node。如果是generate 1,15,2 那么这个node集就包括1、3、5、7、9、11、13、15，他们的间隔为2，范围是从1到15。
*Elset是element set 的意思，表示这部分是单元集的信息。数据表达方式同*Nset
我们研究inp文件数据格式的目的在于在模型的开裂区的单元之间插入0厚度的cohesive单元，那么如何生成cohesive单元呢？注意inp文件以txt形式打开后是可以直接编辑的，那么我们只需要在inp文件中添加一行字符：*Element, type=COH2D4，表示我下面还要给出一部分单元的数据信息，单元类型为COH2D4，即2维的4节点cohesive单元，然后再给出cohesive的数据信息，就可以了。
那么如何添加cohesive单元的数据信息呢？ 根据inp文件给出的数据，我们把各node的编号用红色数字标在模型的网格图上，把element的编号用黑色数字标在模型的网格图上。如图所示
例如1号三角形单元就是由节点7、5、3逆时针连接而成。11号四边形单元由节点3、6、15、12逆时针连接而成。我们要在让裂纹能在中间的开裂区发生开裂，就需要在三角形单元与三角形单元之间、三角形单元与四边形单元之间插入0厚度的cohesive element。例如1号和3号三角形单元之间插入0厚度的cohesive单元，那么这个0厚度的cohesive单元应该由两个3号节点和两个5号节点逆时针方向连接而成。通过本人验证，这个0厚度的cohesive单元的节点顺序必须是3,5,5,3或者5,3,3,5；而不能是5,5,3,3或3,3,5,5，规律是节点逆时针连接形成的第一条边必须是cohesive单元的有长度的一边，第二条边是0厚度的边，以此类推。但当我们用3,5,5,3或者5,3,3,5作为1号和3号三角形单元之间cohesive单元的节点信息时，依然存在问题，因为ABAQUS不允许一个element中出现相同的节点，但是ABAQUS允许编号不同坐标相同的两个节点存在并出现在同一个element中，这位插入0厚度cohesive element创造了条件。我们把出现在同一个cohesive上相同的节点分别赋予两个不同的序号，我称之为分裂（同一个节点变成两个序号不同，但位置相同的两个节点）。同样以3号节点为例，因为它要参与构成1号和3号三角形单元之间的cohesive element，所以3号节点需要分裂1次，由于3号节点还要参与构成3号单元与11号单元之间的cohesive element，所以它还需要分裂一次。这样它总共分裂了2次，产生了3个位置相同但编号不同的节点。以此类推，7、9号节点只需要分裂一次，得到2个位置相同但编号不同的节点。5号节点需要分裂8次，但只产生了8个位置相同但编号不同的节点，因为最后一次分裂用到了最原始的节点。那么这些分裂出来的节点该如何编号呢？本人想到一个办法，就是看原模型的节点编号最大达到了几位数，然后再所有分裂得到的新节点员编号前再添加一位数，这位数从0-9变化以表示产生的次序。例如，本例中最大节点编号是15，那么编号最大达到了二位数字，我将新产生的节点统一添加一个百位数，这样可以避免新的序号与旧的序号重复。例如3号节点，原编号为3，分裂一次产生一个新节点，编号为103，再分裂一次产生一个新节点，编号为203，最后这个位置存在3个节点：3,103,203。这样既保留了原编号的信息（通过103可以看出原编号为3），又避免了重复。再比如5号节点，插入cohesive element 后的所有节点为5,105,205,305,405,505,605,705。表明这个位置最后有8个节点，它们都是有5号节点分裂而来。为了便于大家理解，假设cohesive 单元在视觉上是有厚度的，那么在这些单元之间插入cohesive单元后，效果如图下图所示：
这样，我们就知道该如何修改inp文件来产生cohesive element了。
第一步：
由于分裂产生了新编号的节点，所以我们需要将新的node数据添加到inp文，本例添加新增节点后inp文件如图
第二步：
分裂后，开裂区的单元的节点也发生了变化，如1号三角形单元原node编号是7、5、3，插入cohesive element后变为了7、205、203. 这个变化也要在inp文件中改过来，如图所示：
第三步：
添加cohesive element的数据信息，在原inp文件的*Element数据后面添加一行字符：*Element, type=COH2D4，然后根据前面的讲解，把所有的cohesive element 数据信息列举出来，如图所示：
注意：在修改inp文件时最好切换到英文输入法，有些中文输入法输入的字符会导致inp文件导入ABAQUS时发生错误。输入的数据严格按照原inp文件的格式。
到此cohesive element就算是插入成功了。但这时的inp文件还不能用。
第四步：
由于添加了cohesive element，还需要为这些单元设置材料属性和截面属性。
首先为新添加的cohesive element 定义一个单元集，集合名称为COHESIVE：
然后定义一个cohesive性质的section
其中**Section是在声明这部分数据是定义section，冒号后面是section的名称，*cohesive section是在声明这个section的性质是cohesive的，这个section的范围是elset=COHESIVE（即我们事先定义好的单元集），它满足controls=EC-1的控制条件，这个section上用的的材料名称是COHESIVE（后面会定义），响应方式是response=TRACTION SEPARATION，厚度是人为指定的（SPECIFIED），数值是0.001 。inp文件中的这段代码在ABAQUS的交互界面对应于下图的对话框：
接着为cohesive section定义材料：
在inp文件中输入下列代码：
其中*Material 是在声明此部分定义材料。name=COHESIVE材料名是COHESIVE，Damage Initiation 判据是最大应力（MAXS），数值1.2、1.2、1.2.
Damage Evolution 采用位移模式（DISPLACEMENT），数值0.0005。这行代码对应于GUI界面的对话框如图：
这些属性全部通过修改inp文件添加完成后，就可以将inp文件导入ABAQUS生成带有cohesive element，并赋予了截面属性和材料属性的模型了。
这里，将本例修改完的inp文件上传至附件
接下来我们将本算利导入ABAQUS生成模型。
先把修改好的inp文件放入abaqus的Temp文件夹，运行ABAQUS，点击菜单栏中的File
在下拉菜单中选择Import，然后在下级菜单中选择Model...
然后弹出对话框，选择导入的文件类别为inp
点击OK键确认后弹出对话框，选择要导入的inp文件，最后点击OK键确认
生成模型后，确认没有错误信息，基本就算成功了
然后我又修改了一下本例的load，把载荷改为集中在右上角的两个方向的力，如图所示：
最后提交运算，得到了开裂的结果
由于这个算例是通过手动修改inp文件来插入cohesive element，所以本人为了减小工作量，将网格画的十分粗大，所以才得到了上面畸形的结果，但最后还是发生了cohesive element 的失效开裂，说明cohesive element的插入还是成功。
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以上是分割线，到此我们的问题才解决一半，即弄明白了通过修改inp文件插入cohesive element的原理，接下来的任务是解决当网格数量很多，数据量很大时，如何编写程序脚本来帮助我们修改inp文件，批量插入cohesive element。经过本人努力，已经做了一个利用python编程，来修改inp文件，实现在3D模型中任意实体单元之间批量插入0厚度cohesive单元的视频教程，视频通过我多次更新和补充，已经比较完善，可以实现任意复杂模型2D、3D四面体、六面体单元以及界面之间的cohesive单元插入网址是http://www.jishulink.com/college/video/c10771，大家赶快去学习吧， 本课程手把手教你python的基础与入门语法，然后把批量插入cohesive单元的代码逐句详细讲解出来，可以避免拿到代码不适合自己使用的情况。本课程直接把inp文件和代码作为附件上传，保证你学会自己编程插入单元，适合想自主学习的同学，避免了插件只能使用，不懂原理的尴尬。大家想学习一下python语法的也可以跟着学习******************************************************************************************** 程序部分讲解
一、首先我想先说一下python Abaqus入门者都知道python对abaqus的重要性，我们在CAE中做的前后处理指令都是转化成python代码来实现的，所以想玩转abaqus的前后处理，二次开发都离不开python。如果想自己动手制作小插件，也离不开python。
1.python的安装
可以直接去官网下载python，网址是www.python.org。如下图
然后点击download
选择下载python 3.6.4，python有2个版本，python2和python3，python2已经停止更新了，所以建议大家直接学习使用python3，其实两个版本差别微乎其微。下载完成以后直接设置路劲安装就可以了，安装完成以后直接打开python的交互程序IDLE，然后就可以使用了。
不过这个交互界面过于简洁，现在有人开发了更为好用的界面软件pycharm以及python的集成安装包anaconda，我推荐大家安装这两个软件作为组合。这样对编程的体验会更好。pycharm和anaconda直接去官方网站下载即可，pycharm有2个版本，comunnity是免费的。anaconda也是开源的资源。详细配置过程可以去看我的视频教程。
二、代码实现方法。
1.思路：
2.读取inp文件：
打开文件：open（‘文件名’，‘打开方式’）
逐行读取：f.readlinse()
读取节点数据：
L=Inp_line.replace(' ','').replace('\n','').split(',')
Node_dic[L[0]]=L[1:] 读取单元数据： ele=Inp_line.replace(' ','').replace('\n','').split(',')
if int(ele[0]) in range(Unfracture_start,Unfracture_end+1):
Unfracture_dic[ele[0]]=ele[1:5]
elif int(ele[0]) in range(Fracture_start,Fracture_end+1):
Fracture_dic[ele[0]]=ele[1:5]
3.节点分裂分配： 分裂： New_node_dic={}
for i in Node_dic:
if i not in Node_fracture_lis:
New_node_dic=Node_dic
if i in Node_fracture_lis:
for j in range(Node_appeartimes+1):
New_node_dic[str(j*(10**(len(str(max_node))))+int(i))]=Node_dic 分配： for i in Fracture_dic:
for j in range(4):
for k in New_node_assign:
if New_node_assign[k]!=0 and yu(k)==Fracture_dic[j]:
Fracture_dic[j]=k
New_node_assign[k]=0 4.产生cohesive单元
二维单元的节点编号是逆时针顺序排列的，三维单元的节点编号顺序是：四面体ABCA1B1C1 六面体ABCDA1B1C1D1。
四面体单元的代码是
Cohesive_dic={}
k=Fracture_end+1
for i in Fracture_dic:
for j in Unfracture_dic:
l=[]
for m in Fracture_dic:
if yu(m) in Unfracture_dic[j]:
l.append([m,yu(m)])
if len(l)==3:
Cohesive_dic[str(k)]=[l[0][0],l[1][0],l[2][0],l[0][1],l[1][1],l[2][1]]
k+=1
k1=k
Fracture_dic_sort=sorted([int(i) for i in Fracture_dic.keys()])
for i in Fracture_dic_sort:
for j in range(i+1,Fracture_end+1):
l=[]
for m in Fracture_dic[str(i)]:
for n in Fracture_dic[str(j)]:
if yu(m)==yu(n):
l.append([m,n])
if len(l)==3:
Cohesive_dic[str(k)]=[l[0][0],l[1][0],l[2][0],l[0][1],l[1][1],l[2][1]]
k+=1
k2=k
5.数据输出
数据输出用f=open（‘文件名’，‘w’）方法打开文件
f.write('要写入的字符‘）的方法写入
6. 在inp文件中添加cohesive单元的mateiral，section等信息
这个帖子的上半部分已经说过了
7.效果图：
结语，这个系列的帖子我已经更新完了，由于文章的表述能力有限，实在没法详细讲解python语法基础与代码含义，读者如果想自己学习一下编程并解决自己的问题的话，就去学习我的视频教程，多多支持一下我，谢谢！在这里预告一下，我还会发一个python进行前后处理的帖子，大家可以多多关注
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发表于 2017-3-16 23:23:35
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