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扩展有限元的ABAQUS实现常规有限元方法（CEFM）和其他数值方法相比，具有一些无法比拟的优点，但仍存在一些缺陷。
比如在解决类似裂纹这样的强不连续问题，由于裂纹尖端处的应力奇异性，导致计算量巨大而且精度不高。
然而扩展有限元方法（extended finite element method，XFEM）的出现，和常规有限元方法相比具有显著的优势，使得我们可以在裂尖和应力、变形集中处划分高密度的网格，也可以方便的模拟裂纹的扩展，使计算量不那么巨大，保留了常规有限元法的所有优点。
因此，扩展有限元得到了快速发展和应用，而且在裂纹的扩展研究中要的意义。
本文开展对扩展有限元方法和裂纹问题的研究，并且基于限元ABAQUS平台，对扩展有限元方法针对裂纹扩展问题进行模拟实现。
关键词：扩展有限元方法，裂纹扩展，ABAQUS第一章绪论1.1 引言21世纪以来，计算机硬件和数值仿真的快速发展以及工业工程实践与科学研究中存在的大量运算需求，世界上涌现出一批大型科研运算及科学模拟软件，能够极大的简化运算问题以及计算机模拟实验，使我们能够更加方便地研究虚拟工程及相关科学问题。
有限元方法的出现为数值分析方法的研究带来了新的曙光，力学学科本来就是连接理工学科的桥梁，计算力学是目前力学发展的一个重要分支。
有限元软件则是我们到达工程科学领域彼岸的非常重要的工具和桥梁之一。
ABAQUS软件是世界上最强大的大型有限元计算分析软件之一，具有不同种类的单元类型、材料类型和不同的分析过程，拥有很好的计算功能和模拟性能。
ABAQUS软件不但可以进行一种部件和复杂物理场的分析，而且可以处理多系统的部件分析；不仅可以分析简单的线弹性问题，还可以处理复杂的非线性组合问题等，相比其它软件具有无可比拟的优势[1,2]。
固体力学中存在的两类不连续问题之一则是因为物体内部几何结构突变引起的强不连续问题，裂纹问题就是这类问题的代表。
由于几何界面处的位移不连续性和裂纹尖端的应力奇异性使得这类问题的处理变得比较复杂。
基于ABAQUS 扩展有限元的裂纹模拟化工过程机械622080706010 李建1 引言1.1 ABAQUS 断裂力学问题模拟方法在abaqus中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。
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。
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)，这就是基于断裂力学的方法。
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。
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。
1.2 ABAQUS 裂纹扩展数值模拟方法考虑模拟裂纹扩展，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。
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。
此外，从abaqus6.9版本开始还引入了扩展有限元法（XFEM），它既可以模拟静态裂纹，计算应力强度因子和J积分等参量，也可以模拟裂纹的开裂过程。
基于ABAQUS 扩展有限元的裂纹模拟化工过程机械622080706010 李建1 引言1.1 ABAQUS 断裂力学问题模拟方法在abaqus中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。
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。
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)，这就是基于断裂力学的方法。
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。
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。
1.2 ABAQUS 裂纹扩展数值模拟方法考虑模拟裂纹扩展，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。
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。
此外，从abaqus6.9版本开始还引入了扩展有限元法（XFEM），它既可以模拟静态裂纹，计算应力强度因子和J积分等参量，也可以模拟裂纹的开裂过程。
ABAQUS常用技巧归纳图文并茂ABAQUS常用技巧归纳一、背景介绍ABAQUS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，具备强大的功能和丰富的工具包，被工程师广泛使用。
然而，在使用ABAQUS的过程中，我们经常会遇到一些技巧和问题，本文将针对一些常见的ABAQUS技巧进行归纳总结，帮助读者更好地应用ABAQUS进行工程分析。
二、常用技巧1. 单元类型选择在使用ABAQUS进行有限元分析时，选择合适的单元类型是非常重要的。
根据具体的分析对象和问题类型，可以选择不同的单元类型，如线性单元、非线性单元或复合单元。
合理的单元选择可以提高计算效率和分析精度。
2. 网格划分优化合理的网格划分对计算结果的准确性和计算效率至关重要。
在ABAQUS中，提供了多个网格划分工具和算法，可以帮助用户进行网格优化。
例如，使用网格生成工具可以自动生成符合几何形状和尺寸要求的网格，使用网格划分工具可以调整网格的密度和精度。
3. 材料模型选择在ABAQUS中，提供了多种材料模型，用于描述材料的力学行为。
根据具体的分析对象和材料性质，可以选择合适的材料模型，如线性弹性模型、塑性模型或粘弹性模型。
合理的材料模型选择可以更好地模拟材料的本构行为。
4. 边界条件设置在有限元分析中，正确设置边界条件是保证结果准确性的关键。
在ABAQUS中，可以通过节点约束、荷载施加和接触定义等方式来设置边界条件。
应根据具体的分析问题和工况设置合理的边界条件，以确保计算结果的可靠性。
5. 后处理及结果分析ABAQUS提供了强大的后处理和结果分析功能，可以帮助用户深入理解计算结果。
通过后处理工具，可以对计算结果进行可视化分析、曲线绘制和云图展示等，帮助用户对结果进行全面的评估和解读。
6. 自定义脚本开发除了使用ABAQUS内置的工具和功能，用户还可以通过编写脚本来定制化分析过程。
ABAQUS支持Python脚本的开发和调用，用户可以利用脚本进行批处理、参数化分析和复杂算法实现等。
铰链一、创建部件1、进入部件模块。
点击创建部件。
命名为Hinge-part，其他的选项选择如右下图所示。
点击“继续”，进入绘图区。
2、点击，在绘图区绘一个矩形。
再点击，将尺寸改为0.04*0.04。
单击鼠标中键。
3、在弹出的对话框中输入0.04作为拉伸深度。
点击”确定”。
4、点击创建拉伸实体，点击六面体的一个面，以及右侧的边。
进入到绘图区域。
5、如下图那样利用创建三条线段。
利用将两条横线都改为0.02mm长。
6、选择，做出半圆。
7、点击，以半圆的圆心为圆心，做圆。
8、点击为圆标注尺寸。
输入新尺寸0.01。
9、在弹出的对话框里输入拉伸深度为0.02，拉伸方向：翻转。
点击“确定”。
10、在模型树的部件里，选择圆孔部件。
右击，编辑。
将内孔直径改为0.012.。
确定。
创建润滑孔1、进入草图模块。
创建名为hole的草图。
如右图所示。
单击“继续”。
2、单击做一个直径为0.012的圆。
单击鼠标中键。
进入部件模块。
3、选择主菜单栏的工具→基准。
对话框选择格式如下图所示。
选择半圆形边。
参数设为0.25。
单击中键，点就建好了。
软件提示选择一个轴。
那么，我们就创建一个基准轴。
如上图右侧所示。
选择刚刚建好的那一点以及圆孔的中心，过这两点创建一个轴。
再在基准处点击如下图所示，选择刚刚建好的点和轴，那么面也就建好了。
4、点击，视图左下角的显示区显示，选择上一步中创建的基准面，再选一个边。
如图所示。
进入绘图区。
6、导入之前绘制的小润滑孔hole。
利用将孔移植所需位置。
单击中键。
选择正确的翻转方向。
对话框按右下图设置。
确定。
7、将部件的名称改成hinge-hole，并复制一个命名为hinge-solid。
将hinge-solid的模型树张开，删除其下的特征，即该部件不带孔。
8、创建第三个部件：刚体销。
点击创建部件按钮，命名为pin，解析刚体，旋转壳。
具体见下图所示。
单击“继续”，在出现的旋转轴右侧画一条垂直向下的直线。
用将该直线的长度改为0.06，与旋转轴的距离为0.012，点击确定，界面出现旋转之后的销。
1、为何需要使用用户材料子程序（User-Defined Material, UMAT ）？很简单，当ABAQUS 没有提供我们需要的材料模型时。
所以，在决定自己定义一种新的材料模型之前，最好对ABAQUS 已经提供的模型心中有数，并且尽量使用现有的模型，因为这些模型已经经过详细的验证，并被广泛接受。
UMAT 子程序具有强大的功能，使用UMAT 子程序：(1)可以定义材料的本构关系，使用ABAQUS 材料库中没有包含的材料进行计算，扩充程序功能。
(2) 几乎可以用于力学行为分析的任何分析过程，几乎可以把用户材料属性赋予ABAQU S 中的任何单元。
(3) 必须在UMAT 中提供材料本构模型的雅可比（Jacobian ）矩阵，即应力增量对应变增量的变化率。
(4) 可以和用户子程序“USDFLD ”联合使用，通过“USDFLD ”重新定义单元每一物质点上传递到UMAT 中场变量的数值。
2、需要哪些基础知识？先看一下ABAQUS 手册（ABAQUS Analysis User's Manual ）里的一段话：Warning: The use of this option generally requires considerable expertise(一定的专业知识). The user is cautioned that the implementation （实现） of any realistic constitutive （基本） model requires extensive （广泛的） development and testing. Initial testing on a single eleme nt model with prescribed traction loading （指定拉伸载荷） is strongly recommended. 但这并不意味着非力学专业，或者力学基础知识不很丰富者就只能望洋兴叹，因为我们的任务不是开发一套完整的有限元软件，而只是提供一个描述材料力学性能的本构方程（Constitutive equation ）而已。
版本X F E M(扩展有限元)例子的详细图解
一、part模块中的操作：
二、 1.生成一个新的part，取名为plate，本part选取3Ddeformablesolidextrusion类型（如图1）
三、 2.通过Rectangle工具画出一长3，高6的矩形。
考虑使用工具栏add-dimension和
editdimension来画出精确长度的模型。
强烈建议此矩形的左上角坐标为（0，3），右下角坐标为（3，-3）（如图2）
四、 3.完成后拉伸此矩形，深度为1.（如图3）
五、图1，图2，图3，
4.生成一个新的part，取名为crack，本part选取3Ddeformableshellextrusion类型（如图4）
5.生成一条线，此线的左端点坐标为（0，），右端点坐标为（，）
6.完成后拉伸此线，深度为1.（如图6）
7.保存此模型为XFEMtutor（如图7），以后经常保存模型，不再累述。
8.在partPlate中分别创建4个集合，分别为：all，bottom，top和fixZ，各部分的内容如图8～11所示。
二、Material模块中的操作：
1.创建材料elsa，其弹性参数为E=210GPa，泊松比为（如图12）
最大主应力失效准则作为损伤起始的判据，最大主应力为（如图13）
损伤演化选取基于能量的、线性软化的、混合模式的指数损伤演化规律，有关参数为
G1C=G2C=G3C=42200N/m，=1.（如图14）
2.创建一个SolidHomogeneous的section，名为solid（如图15），此section与材料elsa相联（如图16），并将此section赋给platepart（也就是集合all）（如图17）
3.赋予材料取向，分别如图18～21所示。
三、划分网格：
网格控制为：Hex型structured（如图22），单元类型为C3D8R（如图23）设置plate各边的网格种子为8，26，36（如图24），各边种子的个数不能改变（如图25）
四、装配模块：选中plate和crack两个part，分别生成2个实体（如图26），生成一个参考点，参考点的坐标为（，-3，0）（如图27，28）。
将参考点的名字改为db（如图29，30）。
生成集合bdisp，此集合包含db这个点。
五、Interaction模块中创建约束方程
ce_bot，如图31所示。
六．Step模块中的操作：
1.建立个static的分析步，如图32所示。
打开几何非线性开关，如图33所示。
设置增量步，如图34所示。
打开解控制，如图35和图36所示，并进行有关参数的设置，如图37和图38所示。
设置场输出变量，如图39所示。
请求一个新的历史输出变量，如图40所示。
七、Load模块中的操作:
设置4个位移边界条件，位移值、边界条件的名称、类型、作用载荷步、作用区域等分别如图41～44所示。
八、设置XFEM型裂纹：返回Interaction模块，先生成一个硬接触属性contact，如图45所示。
再建立XFEM型裂纹，过程如图46～49所示。
九、通过关键词编辑器加入损伤稳定性控制，如图50，图51所示。
十、生成jobXFEMtutor，进行计算，结果如图52所示。
