ABAQUS Cohesive Zone 01

안녕하세요

오랜만에 ABAQUS에 대한 포스팅을 하는 것 같습니다.

요즘 정신없이 일이 많아서 아직 동영상을 구현하지 못해서 Cohesive Zone에 대한 모델링에 관한 동영상을 올리지는 못하지만, 그래도 기본적인 설명으로 포스팅을 진행해보도록 하겠습니다.

일반적으로 Cohesive Zone의 특성이 이용되는 부분은 접착(Adhesive) 역할을 하는 부분입니다.

접착과 관련된 부분은 응집 영역이라고 말하며, 계면에서의 균열이 발생할때까지의 균열전파의 특성을 포함한 파괴 현상을 묘사하는 것을 말합니다. 이것은 견인력(Traction)과 분리변위(Separation)으로 묘사되어지며, 위의 오른쪽 그림과 같이 표현됩니다. 또한, 이 그래프의 의미는 균열이 발생하지 않은 영역에서 균열이 생성되는 균열 선단에 이를 때까지 계면 사이의 견인력(Traction)이 증가하였다가 분리 변위(Separation), 즉 균열이 전파되면서 최대였던 견인력이 감소를 하는 특성을 설명할 수 있습니다. 

ABAQUS에서는 이러한 특성을 이용하여 Cohesive Zone을 접착 특성으로 적용시킬 수 있는 방법이 두가지가 있는데, 첫번째 방법은 Cohesive Element를 사용하는 방법이며, 두번째 방법은 Cohesive Interaction을 사용하는 방법입니다. 여기서도 Mode-Independent를 사용하는지 Mixed Mode를 사용하는지에 따라 조금 다른 적용방법이 있지만, 이번 포스팅에서는 크게 어떠한 방법이 있는지만 설명을 하고 넘어가도록 하겠습니다.

Cohesive Zone을 구현하기 위한 첫번째는 Cohesive Element를 사용하기 위해 Cohesive Material Property를 만들어주는 것입니다.

Elastic-Traction을 사용할때는 기존 S-S커브에서의 탄성 구간의 기울기를 넣어주는 것과 같이 Traction과 Separation 그래프에서의 기울기의 수치를 입력해주어야 합니다. 또한, 여기서 파괴 현상은 Mode I, II, III의 3가지 단계를 가지고 있기 때문에 이에 맞는 Elastic의 수치를 입력해주는 것이 중요하며, Damage에서 Failure Displacement나 Energy의 정보를 가지고 계신다면 추가적으로 MAXS 또는 MAE를 통해서 Damage 관련 정보를 입력해야 합니다.

추가적으로 Section에서는 In-plane의 두께, Out of plane의 두께를 표현해주는 부분을 입력하면 되고, Material 정의하는 부분을 끝마치시면 COH2D4의 Element Type을 가진 요소를 적용해주시면 됩니다. 

두번째로 Material Property에서 입력했던 것과 같이 Contact Property 탭을 이용하여, Cohesive interaction에 대한 정의를 해줄 수 있습니다.

보통 Interaction을 이용하여 사용할때는 두께를 알 수 없이 얇은 접착 재질의 물질을 적용할때 사용하게 되며, Node to Surface를 기반으로 묘사를 하게 됩니다. 또한, 위에서 설명했던 것과 동일하게 Elastic은 Traction-Separation의 기울기 및 Damage에서는 언제 최고 지점의 Traction을 갖는지, 어느 Separation이 최대의 견인력을 갖는지에 대한 정보가 둘 중에 하나는 필요합니다. 이와 같은 부분은 Damage와 Damage Evolution 탭을 이용하여 정의를 할 수 있습니다.

이번 ABAQUS Cohesive Zone 포스팅에서는 간단하게 Cohesive Zone을 어떻게 구현할지에 대한 설명만 썼는데, 이후에는 튜토리얼처럼 구성하여 포스팅을 할 수 있도록 하겠습니다.