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【FCA-Chp-10】第10章 分层(2)

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10.2 虚拟裂纹闭合技术

虚拟裂纹闭合技术(VCCT)可以使用断裂力学方法分析层压材料的分层。该方法使用了线弹性断裂力学(LEFM)。仅对脆性裂纹扩展建模。没有考虑裂纹尖端塑性区域形成导致的能量耗散。


裂纹扩展的条件基于Griffith准则(式10.2)。对于模式I条件下的单模式情况,裂纹生长条件为

 

将式10.3和式10.1代入式10.27,在模式I下的裂纹扩展条件变为

 

 

将式10.29代入式10.28,裂纹扩展条件变为

 

图10.7 VCCT

通过考虑相应的分离距离分量和节点力,VCCT方法对于模式II和模式III的作用类似。一个称为雅克比(Jacobian)导数方法的精确公式在[190]中可得。

 

例10.3 使用虚拟裂纹闭合技术求解例10.1。

 

解10.3 通过修改例10.2中的cae文件求解本例。首先,必须改变接触定义,删除与基于表面的内聚力公式关联的特性,重新定义接触特性。然后,必须修改输出变量要求,包含模型中的应变能释放率G的计算。最后,在提交模型给求解器之前,使用关键字编辑器添加VCCT特征。

 

菜单:File,Set Work Directory,[C:\SIMULIA\User\Ex_10.3],OK

菜单:File,Open,[C:\SIMULIA\User\Ex_10.2\Ex_10.2.cae],OK

# 在模型树右单击:coh-surf,Rename,[vcct],OK

菜单:File,Save As,[C:\SIMULIA\User\Ex_10.3\Ex_10.3.cae],OK

 

i. 删除不需要的特征

模块:Interaction

菜单:Interaction,Property,Edit,coh

    # 选取:Cohesive Behavior,Delete

    # 选取:Damage,Delete,OK

 

ii. 重新定义接触

菜单:Interaction,Edit,coh

    Sliding formulation: Small sliding

    标签页:Clearance

    Initial clearance: Uniform value across slave surface,[1.0e-7],OK

使用初始间隙有助于模型求解,避免网格划分导致的初始过闭合。详情见Abaqus帮助文件。

 

iii. 修改输出变量要求

模块:Step

Step: Step-1

菜单:Output,Field Output Requests,Edit,F-Output-1

    Output Variables: # 展开:Failure/Fracture

    # 勾选:ENRRT,# 勾选:BDSTAT,OK

    # ENRRT和BDSTAT可以追踪损伤演化

 

iv. 添加与VCCT有关的关键字

菜单:Model,Edit Keywords,vcct

    # 单击以*Contact Pair开头的一行

    Add After,# 输入以下内容:

    [*Initial Conditions,type=CONTACT

    top, bot, bond]

    # 单击以 *Static开头的一行

    Add After,# 输入以下内容:

    [*Debond, slave=top, master=bot

    *Fracture criterion, type=VCCT, mixed mode behavior=BK,

    tolerance=0.1

    280.0,280.0,280.0,2.284]

    OK

 

v. 求解和结果可视化

模块:Job

菜单:Job,Manager

    Create,Name [Ex-10-3],Cont,OK,Submit,# 当完成后,Results

模块:Visualization

菜单:Plot,Deformed Shape # 注意,梁已经分开

菜单:Plot,Contours,On Deformed Shape

菜单:Animate,Time History # 观察分层过程

 

可视化模型中的力-分离距离行为:

 

模块:Visualization

菜单:Result,History Output

    Output Variables: Reaction force: RF2 PI,Save As [vcct-RF2],OK

    Output Variables: Spatial displ: U2 PI,Save As [vcct-U2],OK

    # 关闭History Output对话框

菜单:Tools,XY Data,Create,Source: Operate on XY data,Cont

    Operators: Combine(X,X),# 选取:vcct-U2,Add to Expression

    # 选取:vcct-RF2,Add to Expression,Save As [vcct],OK

    # 关闭Operate on XY Data对话框

菜单:Tools,XY Data,Plot,vcct

 

绘制的结果应该与图10.8中的实线相似。变量BDSTAT存储与两节点(建模过程中这两节点一致)之间的粘合有关的损伤演化。变量BDSTAT的值从0(完全损伤的粘合)到1(未损伤的粘合)。BDSTAT可以用于找到任意分层阶段的裂纹尖端的位置。在可视化模块,显示BDSTAT,并放大裂纹尖端。

 

图10.8 力-分离距离行为对比:虚拟裂纹闭合技术(VCCT)、

cohesive单元和cohesive表面

练习题

 

问题10.1 从Abaqus中取出例10.1和例10.2的支反力-位移的值,并绘制到同一个图中,讨论它们的差异。绘制的图应该与图10.6中的类似。将数据导入到一个文本文件中的步骤如下:

模块:Visualization

菜单:Report,XY

    # 选取:cohesive surfaces,# 对于例10.1,选取cohesive单元

    标签页:Setup,Name [coh_surf.rpt],# 对于例10.1,写入文件coh_ele.rpt

    # 不勾选:Append to file,OK

    # 报告文件将被保存在工作路径下

 

问题10.2 取出例10.3中支反力-位移的值,并与例10.1和例10.2的值绘制到同一个图中,讨论它们的差异。绘制的比较图应该与图10.8中的相似。


来源:AbaPY
ACTAbaqusDeform断裂裂纹材料
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首次发布时间:2022-09-07
最近编辑:4年前
KongXH
博士 专注于有限元分析领域,联合创作...
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