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请教断裂模拟及Cohesive Ele使用的问题

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发表于 2007-2-12 15:32:21 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 香港
在此宝地潜水若干天,有dava等若干位大侠的例子,及有关的理论/实践讨论,对cohesive element有了初步了解,但对于用它来做裂纹模拟还是不太有底。
俺要处理的模型算简单,三点弯曲2D梁,中间有梁高度约1/3的预制裂纹开口,模拟加载后裂纹的起裂和扩展。对于cohesive element来说,俺觉得可能的做法是将梁于预制裂纹处剖成两半中间用cohesive ele连接起来,这样可以来模拟起裂。但对于裂纹扩展,试验看到的裂纹往往不是在梁中间的直线扩展,这样cohesive ele是否能胜任这个模拟工作?
另外在版上http://www.simwe.com/forum/thread-409744-1-1.html文中提到用VUMAT来做裂纹模拟,个人感觉也是一个很好的方案,但是就不知道跟cohesive ele方法比较起来,二者对裂纹的起裂和模拟哪个更合适些?
目前头绪尚无,还往有同行者多多给予宝贵意见,多谢先!
发表于 2007-2-12 15:42:13 | 显示全部楼层 来自 LAN
Simdroid开发平台
楼主分析得很清楚。
如你所说,你的情况假如使用cohesive element进行模拟的话,最大问题应该是裂纹有可能非直线扩展。理论上说裂纹应该是在中间扩展的,试验的结果和理论不同,肯定是试验条件有了一些影响。楼主能否说说试验影响的可能起因以及试验的结果(即实际裂纹如何扩展)?
 楼主| 发表于 2007-2-12 15:51:00 | 显示全部楼层 来自 香港
影响肯定有很多,例如加载无法做到完全对称,材料的不均质,裂纹扩展的时候中间遇到一个硬疙瘩然后就山不转水转峰回路转就偏掉了……等等,特别是对于一些脆性材料来说这个非直线简直是一定的了,最最形象的例子莫过于玻璃的破坏。但要完全模拟这种过程个人感觉在有限元这种偏于理想状态的求解里不是很实际,所以俺也只是希望能做到裂纹的扩展不是笔直的直线进行就好,老大有木有虾米好建议阿?
发表于 2007-2-12 15:58:49 | 显示全部楼层 来自 LAN
听说过使用很多的小cohesive element安插在各种有可能开裂的地方,有人做过这类工作,但是我想工作量可能很大。
脆性材料,那么裂纹的路径就很难预料了吧?
 楼主| 发表于 2007-2-12 16:04:10 | 显示全部楼层 来自 香港
所以阿所以阿,这才是头疼所在,明明一批试验下来的裂纹没有一个相同的嘛……所以也不想做准确的预测,只是想把这个非直线扩展的模式表现出来就OK,但是如果采用安插coh ele到各种可能开裂地方的办法,是不是会变成裂纹扩展跟网格划分的方式很有关系?就是某种程度上的mesh sensitive?
哎,怎一个愁字了得
发表于 2007-2-12 16:10:37 | 显示全部楼层 来自 LAN
不太好做,目前断裂力学理论上对这类情况也没有很好的描述。以前FEM软件上一般都是事先设定好的裂纹,模拟已存在裂纹的模型在加载时的状态。现在有了cohesive element,能够解决一部分断裂的起始问题,但也是有限的。你老板这个课题给的难了,看看大家有啥看法吧,
发表于 2007-2-12 17:12:44 | 显示全部楼层 来自 北京
我觉得把缺口梁中间部分网格细化一点,单元之间都定义上Cohesive Element工作量应该也不算很大。Cohesive Element也只是工程化的处理断裂问题,更真实的话可以考虑多尺度模拟吧。
发表于 2007-2-12 17:19:40 | 显示全部楼层 来自 LAN
恩,假如使用cohesive element应该是按照ztmachine说的这个法子了
发表于 2007-2-12 17:22:48 | 显示全部楼层 来自 北京
你这个模型,用inp文件直接写很方便,ngen elgen等等
可以把所有单元粘起来,恩
 楼主| 发表于 2007-2-12 18:48:59 | 显示全部楼层 来自 香港
关于这个办法,有个问题我不是很明白:coh ele要怎样去粘到已有的mesh好的单元上?拿2D的来说,假如用4边形单元,那么不用coh ele的时候单元跟单元都是一个一个挨着,单元之间的两个节点和一条边线都是共享而不是重合在一起,那如果要插入coh ele在两个单元之间,是不是要先将这些单元一一分开?否则哪怕最后coh失效了,单元之间还是好好的连接在一起,那就起不到裂纹的作用了。是不是俺想的这样?麻烦各位再帮忙看看,多谢多谢!
发表于 2007-2-28 21:08:45 | 显示全部楼层 来自 日本
http://www.mediamax.com/tozhou/H ... 20tensile%20bar.pdf
如果是金属材料的话,建议你看看上面连接我上传的V. TVERGAARD的文章《Analysis of the cup-cone fracture in a round tensile bar》,用gurson模型已经实现了杯状断口的模拟。gurson模型的难点就在于参数难确定,不过还是有一定的定性的指导意义。
不用局限于Cohesive Ele,这只是数十种方法中的一种。你可以用gurson模型,在abaqus中对应porus plasticity。也看看progressive damage材料特性,不过这个要指定不同应力三轴度对应的应力应变数据。


局部法是基于裂纹尖端或尖缺口处的应力应变、局部损伤与其断裂临界状态有关的事实,是材料失效微观力学模型在工程上的应用。这些方法是通过材料特征参量来标定的,这些参量是参考试验数据、定量金相和有限元分析的联合而推导出来的。一旦求得该材料的参量,由于认为它们和试件几何尺寸无关,与载荷无关,从而可用于评定该材料制的任何结构。
    R6的Ⅲ-9节中给出了四种局部法模型,它们是
    a.Beremin 解理断裂模型[Ⅲ-9.6]
    b.Beremin 延性断裂模型[Ⅲ-9.7]
    c.Rousselier 损伤力学模型[Ⅲ-9.8]
    d.Gurson 损伤力学模型[Ⅲ-9.9]

    第1个模型是解理断裂模型,其他3个都是延性损伤模型。
    Beremin的两个模型用于预期裂纹起裂,Rousselier和Gurson的两个模型既可用于预期起裂,又可用于预期撕裂行为。

[ 本帖最后由 tozhou 于 2007-3-1 09:13 编辑 ]

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发表于 2007-3-7 17:27:28 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
我也不是很了解所说的问题,但说一点个人的看法,仅供参考。
首先,“明明一批试验下来的裂纹没有一个相同的嘛”,这样测得的数据到底有没有可信度?或者对于你所用的材料,在国标、军标或者其它试验标准的要求下,应该不应该出现这种情况?对于这种材料,如果出现这种情况,拿K,J,G指标来表征是否有效?不可否认,数值方法的确可以解决或者简化很多问题,但试验的结果才是筛选、使用材料的最终依据,航空、航天以及其它领域都是如此。一点建议,比如对于某些韧性极好的橡胶材料,可以采用裂纹尖端开V型槽的方法确保裂纹扩展路径。
其次,在使用cohesive elements建模时,除了粘结,也还可以采用先不考虑裂纹,然后再删除裂纹尖端区域cohesive elements的办法,但是如果试验中没有采集到有效的k、j、g,那么cohesvie element的参数你又如何确定?

[ 本帖最后由 epeak 于 2007-3-7 17:41 编辑 ]

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发表于 2007-4-24 15:16:19 | 显示全部楼层 来自 广东深圳
原帖由 ztmachine 于 2007-2-12 17:12 发表
我觉得把缺口梁中间部分网格细化一点,单元之间都定义上Cohesive Element工作量应该也不算很大。Cohesive Element也只是工程化的处理断裂问题,更真实的话可以考虑多尺度模拟吧。



我毕业论文就是做用ABAQUS模拟裂纹的任意扩展, 用COHESIVE ELEMENT做的, 在单元之间都定义上Cohesive Element, Cohesive Element的尺度为零, INP文件用编写程序自动生成. 但是做出来的结果也不是太理想, 不过把失效的 Cohesive Element去掉还算比较形象的!!
发表于 2011-4-14 16:48:07 | 显示全部楼层 来自 北京
我做混凝土裂纹的扩展,也有同样的问题
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发表于 2011-8-23 11:45:15 | 显示全部楼层 来自 江苏南京
回复 12# epeak

lz的试验结果是完全合乎情理的,反映了微观竞争机制的宏观表象,宏观无差异的试样在细观上存在很大的随机差异性,并且在宏观反映出来,是多尺度耦合问题
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