abaqus裂纹模拟问题汇总

关键字：crack，裂纹，断裂，cohesive，XFEM

这个问题不大好总结，比较复杂，我能想到什么就说些什么吧，这个任务已经托了很长时间了，抱歉！有新的想法我会更新。

求解断裂问题有两种方法（途径）：一种是基于经典断裂力学的模型；一种是基于损伤力学的模型。俩者不是一个概念，断裂力学模型就是基于线弹性断裂力学及其基础上发展的弹塑性断裂力学等；损伤力学模型是指基于损伤力学发展而来的方法，单元在达到失效的条件后，刚度不断折减，并可能达到完全失效，最后形成断裂带。这两个模型是为解决不同的问题而提出来的，当然他们所处理的问题也有交叉的地方。

如果不考虑裂纹的扩展，abaqus可采用seam型裂纹来分析(也可以不建seam，如notch型裂纹)，这个就是基于断裂力学的方法，大家可以参考敦诚版主做的这个例子（一个简单的裂纹模拟例子：https://www.wendangku.net/doc/d218810893.html,/thread-858322-1-1.html），这种方法可以计算裂纹的应力强度因子，J积分及T-应力等，详细情况可以参考下这个帖子：https://www.wendangku.net/doc/d218810893.html,/thread-821531-1-1.html

考虑模拟裂纹扩展，目前abaqus有两种技术：一种是基于debond的技术（包括VCCT）；一种是基于cohesive技术。debond即节点松绑，或者称为节点释放，当满足一定得释放条件后（COD等，目前abaqus提供了5种断裂准则），节点释放即裂纹扩展，采用这种方法时也可以计算出围线积分。cohesive有人把它译为粘聚区模型，或带屈曲模型，多用于模拟film、裂纹扩展及复合材料层间开裂等，详细情况可参看yaooay的这个帖子，总结的相当不错！https://www.wendangku.net/doc/d218810893.html,/thread-853029-1-1.html

除VCCT（虚拟裂纹闭合技术）和低周疲劳判据外，其他debond技术只能适用于二维模型，所以应用范围受到很大的限制。VCCT是基于线弹性断裂力学的应变能释放率判据，适用于模拟脆性断裂扩展，且只能沿着事先确定的扩展面扩展，分析前需指定初始裂纹（缺陷），详细信息请查看分析手册11.4.3。

cohesive模型属于损伤力学模型，最先由Barenblatt引入，使用拉伸-张开法则（traction-separation law）来模拟原子晶格的减聚力。这样就避免了裂纹尖端的奇异性。Cohesive模型与有限元方法结合首先被用于混凝土计算和模拟，后来也被引入金属及复合材料。Cohesive界面单元要服从cohesive分离法则，法则范围可包括粘塑性、粘弹性、破裂、纤维断裂、动力学失效及循环载荷失效等行为。关于cohesive单元在abaqus里的基本用法，请参看dava的这个经典帖子（dava独家原创：cohesive element 例子的详细图解：https://www.wendangku.net/doc/d218810893.html,/thread-749722-1-1.html）。

此外，Abaqus6.9还引入了扩展有限元法（XFEM），让我们拭目以待，现在可以参看下shock111版主的这个帖子：https://www.wendangku.net/doc/d218810893.html,/thread-858750-1-1.html

先看看一些资料的评述：扩展有限元法是迄今为止求解不连续问题最有效的数值方法，它在

标准有限元框架内研究问题，保留了有限元方法的所有优点。扩展有限元法与有限元法最根本的区别在于所使用的网格与结构内部的几何或物理界面无关，从而克服了在诸如裂纹尖端等高应力和变形集中区进行高密度网格划分所带来的困难，在模拟裂纹扩展时也无需对网格进行重新划分。

在处理裂纹问题时，扩展有限元法包括以下三方面内容：（1）不考虑结构的任何内部细节（例如材料特性的变化和/或内部几何的跳跃），按照结构的几何外形尺寸生成有限元网格；（2）借助于对所研究问题解的已有知识（不必知道封闭形式解），改进影响区内单元的形状函数，以反映裂纹的存在和生长。由于改进的形状函数在单元内部具有“单位分解”特性，扩展有限单元的刚度矩阵具有与常规有限单元一样的优点，即对称、稀疏且带状。可见单位分解的概念保证了扩展有限元法的收敛，基于此扩展有限元法的逼近空间中增加了与问题相关的特定函数；（3）采用其他方法（如水平集法）确定裂纹的实际位置，跟踪裂纹的生长。