Abaqus扩展有限元(XFEM)例子(裂缝发展)

ABAQUS平台的扩展有限元方法模拟裂纹实现1.1 扩展有限元方法（XFEM）在ABAQUS上的实现ABAQUS中XFEM的实现，两个步骤最为关键：1、选择模型中可能出现的裂纹区域，将其单元设为具有扩展有限元性质的enrichment element.2、其次重要的是选择恰当的破坏准则，使单元在达到给定的条件破坏，裂纹扩展。

在ABAQUS中模拟裂纹扩展的操作中，需要注意的是：1、在Property模块，添加损伤演化参数、破坏法则、损伤稳定性参数2、在Interaction模块，主菜单Special中创建XFEM的enrichment element对于固定的裂纹模型，采用ABAQUS/STANDARD中使用奇异渐进函数。

针对移动的裂纹问题，在XFEM中，有一种方法基于traction-separation cohesive behavior，即使用虚拟节点连续片段法进行移动裂纹建模，ABAQUS/STANDAR D 中用于计算脆性或韧性材料的裂纹初始化和扩展过程的模拟。

另外一种cohesive segments method (粘性片段方法)可用于bulk material中的任意路径的裂纹初始化模拟扩展过程，由于裂纹扩展不依赖于单元边界，在XFEM中，裂纹每扩展一次需要通过一个完整单元，避免尖端应力奇异性。

除此之外，ABAQUS为拥护提供了自定义子程序，来满足不同建模的需要。

ABAQUS/STANDARD中的任意力学本构模型均可用来模拟扩展裂纹的力学特性。

由于XFEM采用的形函数在求解过程中，很容易造成逼近线性相关，极大的增加了收敛难度，到目前为止，能够实现扩展有限元的商业软件只有ABAQUS，但是ABAQUS为了减少求解难度，做了大量简化，因此用ABAQUS 扩展有限元模拟裂纹扩展时，有一些局限[16]：1.扩展单元内不能同时存在两条裂纹，所以ABAQUS不能模拟分叉裂纹；2.在裂纹扩展分析过程中，每一个增量步的裂纹转角不允许超过90度；3.自适应的网格是不被支持的；4.固定裂纹中，只有各向同性材料的裂纹尖端渐进场才被考虑。

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。

《ABAQUS6.9版本XFEM(扩展有限元)例子的详细图解step by step》帖子的问题汇总已做出解答部分1Damage Stabilization则不收敛。

Damage Stabilization以就不需要Damage Stabilizationhomogeous2、Material模块中的操作的“3.赋予材料取向”时看不到“在part Plate中创建的4all bottom top和fixZall bottom, top和fixZ,个人感觉后三个集合只是面或集合过滤3、集合bdisp是只包含db dbbdisp这个集合只包含dbbdsipP24、关于参考点的问题bottom在x1bdisp的运动一致。

因为在x方向上的载荷是施加在点bdisp点上。

束直接将底部的x③个人认为加这个参考点的作用是为了以后输出加载点的位移和反力用的。

就是那个历史输出请求2.参考点跟底面是一起运动的。

之所以定义这么一个参考点是为了后面场输出变量用的④那个参load的边界条件里面不移。

之所以定义这么一个参考点是为了后面场输出变量用的。

1方向上的载荷直接加载bottomCAE手册。

5、以上我们主要讨论的是Benchmark手册中的例题1.19.1。

咱们能否再讨论一下例题1.19.21.192-4,这样比较好理解。

裂纹长了1.19.2-3上可以看出6、xfemXFEM册中的例题2initiation and propagation of a crack along an arbitrary, mesh-independent, solution-dependent path7、我也一直在用XFEM知wylxl2001Cohesive Element的时候好像遇到过。

XFEM89xfemDrucker prager abaqus扩展有限元的关键是不是就是设置xfem以及interaction是maxps Damage, Traction separation laws 材料模型而改用像混凝土损伤塑性模型Drucker prager模型等是不是就无法实现其扩xfem10、这个abaqus扩展有限元的关键是不是就是设置xfem以及interaction以及求解控制的相关设XFEM的是maxps2个损伤Initiation个是分开位移Maxpe11initialSet CRITERION=DUCTILE to specify a damage initiation criterion based on the ductile failure strain.Set CRITERION=FLD to specify a damage initiation criterion based on a forming limit diagram.Set CRITERION=FLSD to specify a damage initiation criterion based on a forming limit stress diagram.Set CRITERION=HASHIN to specify damage initiation criteria based on the Hashin analysis.Set CRITERION=HYSTERESIS ENERGY to specify damage initiation criteria based on the inelastic hysteresis energy dissipated per stabilized cycle in a low-cyclefatigue analysis.Set CRITERION=JOHNSON COOK to specify a damage initiation criterion based on the Johnson-Cook failure strain.Set CRITERION=MAXE to specify a damage initiation criterion based on the maximumnominal strain for cohesive elements.Set CRITERION=MAXS to specify a damage initiation criterion based on the maximumnominal stress criterion for cohesive elements.Set CRITERION=MAXPE to specify a damage initiation criterion based on the maximum principal strain for enriched elements.Set CRITERION=MAXPS to specify a damage initiation criterion based on the maximum principal stress criterion for enriched elements.Set CRITERION=MK to specify a damage initiation criterion based on a Marciniak-Kuczynski analysis.Set CRITERION=MSFLD to specify a damage initiation criterion based on theMüschenborn and Sonne forming limit diagram.Set CRITERION=QUADE to specify a damage initiation based on the quadratic separation-interaction criterion for cohesive elements.Set CRITERION=QUADS to specify a damage initiation based on the quadratic traction-interaction criterion for cohesive elements.Set CRITERION=SHEAR to specify a damage initiation criterion based on the shear failure strain.xfem的initial损伤定义吧?xfem11、看了这个帖c3d4C3D8crackcrack后abaqus还有其他方法模拟我上述的想Cohesive element或者surface-based cohesive12XFEM不考虑奇异性。

ABAQUS水力压裂模拟|XFEM和Cohesive方法关键字：单缝、多缝、交叉缝、体积缝、转向缝、缝间干扰、储隔层我是星辰北极星，水力压裂，对于石油工程的朋友并不陌生，它是石油开采和增产的重要手段；也广泛应用于地热开采、地基处理等领域。

由于毕业于石油大学，所以有很多机会接触这方面的问题，也关注着ABAQUS在压裂领域的应用。

这个专题将分享自己在水力压裂仿真中的一些积累，希望大家喜欢。

【主要内容】一、内容概述二、仿真要点介绍2.1 ABAQUS水力压裂模拟常用仿真方法2.2 地应力平衡分析（Geostatic）2.3 渗流-位移耦合分析（Soils）2.4 材料与单位制讲解2.5 特殊的输出需求与定义2.6 交叉裂缝处理三、实例讲解3.1 基于Cohesive单元的二维水力压裂模拟3.2 基于Cohesive单元的三维水力压裂模拟3.3 水力裂缝与天然裂缝相交模拟-Cohesive单元法3.4 裂缝发育地层的水力压裂模拟-Cohesive单元法3.5 基于XFEM的水力裂缝转向模拟3.6 基于XFEM的水平井多段压裂裂缝的缝间干扰问题研究【二维水力压裂模拟（Cohesive）】通过这个简单的案例讲述采用Cohesive单元模拟水力压裂的基本技巧，让大家掌握注液、停泵憋压等基本设置，以及前后处理的一些技巧。

【三维水力压裂模拟（Cohesive）】三维模型计算量较大，但可以模拟储隔层压裂过程中，水力裂缝限制在储层中扩展的形态，当然，下图中的裂缝形态主要受储隔层的材料性质和地应力状态影响；不合适的地层条件将导致水力裂缝窜层现象的发生。

【水力裂缝与天然裂缝相交模拟】本例中采用Cohesive单元模拟水力裂缝交叉，并可通过该模型分析不同地应力情况下水力裂缝遇到天然裂缝后的扩展轨迹。

应力差较小时，易促使天然裂缝张开；应力差较大时，水力裂缝可穿过天然裂缝。

【裂缝发育地层的水力压裂模拟】在前面三个案例的基础上，进行裂缝发育地层条件下的复杂缝网模拟，可以形成体积缝网的压裂效果；仿真的难点在于全局嵌入零厚度Cohesive单元层，本例采用POLARIS_InsertCohElem插件实现。

在Abaqus中进行疲劳裂纹扩展模拟通常需要使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit这两个分析模块。

ABAQUS提供了丰富的工具和元素来模拟疲劳裂纹扩展，以下是一个基本的步骤：1. 建模：-使用ABAQUS/CAE（图形用户界面）或ABAQUS脚本语言（Python）创建模型。

确保模型包含准确的几何形状和边界条件。

2. 网格划分：-确保模型的网格划分足够细致，特别是在裂纹尖端区域。

使用ABAQUS 提供的适当类型的网格元素，如二维或三维等元素。

3. 材料定义：-定义材料的力学性质和断裂参数。

在疲劳分析中，通常需要使用合适的疲劳材料参数。

4. 加载和约束：-定义加载和约束条件。

对于疲劳裂纹扩展，通常使用周期性的加载。

加载可以是压力、力、位移等。

5. 疲劳裂纹增长：-使用ABAQUS的断裂力学（XFEM）方法来模拟裂纹的扩展。

你可以使用ABAQUS/Standard的XFEM方法来处理裂纹尖端的应力集中。

6. 结果输出：-设置合适的输出请求以获得关于裂纹扩展和结构响应的信息。

这可能包括应力、应变、位移、裂纹长度等。

7. 迭代分析：-如果需要模拟多个加载循环的疲劳裂纹扩展，你可能需要使用ABAQUS/Standard的循环加载功能，或者通过ABAQUS/Explicit进行显式动态疲劳分析。

8. 后处理：-使用ABAQUS/CAE或Python脚本进行后处理，绘制结果图形，分析裂纹扩展速率等。

请注意，这仅仅是一个基本的指南。

实际应用中，还需要考虑更多因素，如裂纹尖端应力场的准确建模、裂纹扩展准则的选择等。

确保在模拟前仔细阅读ABAQUS文档，并根据具体问题和标准进行模拟设置。

《基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件及应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，工程领域对材料性能的精确模拟和预测提出了更高的要求。

裂纹扩展作为材料失效的重要形式之一，其仿真研究在工程领域具有极高的价值。

ABAQUS是一款广泛应用于工程仿真分析的大型有限元软件，其在裂纹扩展仿真方面具有显著的优势。

本文将介绍基于ABAQUS的裂纹扩展仿真软件的开发及应用，以期为相关领域的研究提供参考。

二、ABAQUS裂纹扩展仿真软件的开发1. 软件开发背景及目标ABAQUS裂纹扩展仿真软件的开发旨在为工程领域提供一种高效、准确的裂纹扩展仿真工具。

该软件可实现对各种材料裂纹扩展过程的精确模拟，为材料性能的预测和优化提供有力支持。

2. 软件架构及功能该软件基于ABAQUS平台进行开发，采用有限元方法对裂纹扩展过程进行模拟。

软件具备以下功能：（1）材料模型：提供多种材料模型，如弹性、塑性、蠕变等，以满足不同材料仿真需求。

（2）网格划分：支持自动网格划分和手动调整，确保仿真结果的准确性。

（3）边界条件：可设置多种边界条件，如位移、力等，以满足仿真需求。

（4）裂纹扩展模拟：采用扩展有限元法（XFEM）对裂纹扩展过程进行模拟，实现高精度、高效率的仿真分析。

（5）后处理：提供丰富的后处理功能，如应力、应变、裂纹扩展路径等结果的查看和输出。

三、ABAQUS裂纹扩展仿真软件的应用1. 航空航天领域在航空航天领域，该软件可对飞机、火箭等航空航天器的结构进行裂纹扩展仿真分析，为结构设计和优化提供有力支持。

同时，该软件还可对航空航天材料进行性能预测和评估，为材料的选择和改进提供依据。

2. 汽车制造领域在汽车制造领域，该软件可对汽车零部件的裂纹扩展过程进行仿真分析，为汽车的结构设计和安全性能评估提供支持。

此外，该软件还可用于汽车新材料的研究和开发，为汽车制造业的创新发展提供技术支持。

3. 土木工程领域在土木工程领域，该软件可对建筑、桥梁、隧道等结构的裂纹扩展过程进行仿真分析，为结构的安全性和耐久性评估提供依据。