1、任何粘结在一起的两种材料之间都存在界面
人们对于复合材料界面特别感兴趣，因为当这种类型的结构承受特定的外部载荷时，失效或界面开裂过程具有独一无二的特征。
界面开裂一般使用断裂力学方法模拟，例如节点释放技术。因为界面裂纹一般沿着界面扩展，所以VCCT方法已经广泛应用于层结构的界面开裂模拟。VCCT方法也适用于模拟各向同性材料的界面开裂，即断裂可以认为是两个界面的分离过程。
虚拟裂纹闭合技术（VCCT）最初用于计算裂纹体的能量释放率，现在正被广泛应用于层合复合材料的界面裂纹扩展模拟中。该技术假定裂纹总是沿着预先定义的路径扩展，特别是在界面处。
VCCT的裂纹扩展模拟当前仅支持线性单元PLANE182和SOLID185。
基于VCCT的裂纹扩展模拟具有以下假定：
--裂纹沿着预先定义的路径扩展；
--通过界面单元来定义路径；
--分析为准静态分析，不考虑瞬态效应；
--材料为线弹性材料，可以是各向同性，正交各向异性或各向异性。
裂纹可以位于一种材料或者两种材料的界面。断裂准则基于采用VCCT方法计算的能量释放率。ANSYS为用户提供了多种断裂准则或自定义的准则并允许同一分析中可定义多条裂纹。
VCCT裂纹扩展模拟使用：
--界面单元INTER202（2D）和INTER205（3D）
--CINT命令计算能量释放率
--CGROW命令定义裂纹扩展集，断裂准则，裂纹扩展路径和求解控制参数。
2、VCCT裂纹扩展模拟过程
2.1建立预先定义裂纹路径的有限元模型
裂纹扩展模拟为标准的非线性分析，因此需要建立有限元模型，有合理正确的求解控制设置，载荷和边界条件。如图所示预先定义的裂纹路径离散为界面单元，并建立为一个单元组。
界面单元可以通过CZMESH命令划分或者能生成界面单元的第三方工具划分。
MPC约束单元选项(KEYOPT(2) = 1)在裂纹扩展前把潜在的裂纹面绑定在一起。当满足断裂准则时，MPC约束随后释放，从而实现裂纹扩展。在二维问题中，裂纹尖端后的一个界面单元如果在一个指定的子步满足断裂准则则可能张开。在三维问题中，裂纹前缘后的所有界面单元如果满足断裂准则可能张开。
裂纹尖端或前缘周围的单元尺寸影响能量释放率的计算精度。当程序采用修正算法，可能不能产生精确的结果。因此，建议用户将沿着裂纹扩展路径划分为具有相同单元尺寸的网格。
2.2 执行能量释放率计算
基于VCCT的裂纹扩展模拟，必须首先进行能量释放率的计算。计算能量释放率，采用CINT,TYPE,VCCT命令，随后使用CINT命令指定其它选项比如裂纹尖端节点组件和裂纹面/边的法向。
VCCT计算采用下述假定：
--当裂纹增加一个小量时，释放的应变能等于裂纹闭合相同的小量所需的能量；
--当裂纹扩展一个小量时，裂纹尖端（前缘）位置的裂尖场（变形）不变。
当裂纹扩展接近边界或者两条裂纹彼此接近时上述假定不在适用。因此，使用VCCT计算要仔细检查分析结果。
2.3 执行裂纹扩展计算
裂纹扩展计算在求解阶段完成应力计算后开始。为了进行裂纹扩展计算，用户必须先定义裂纹扩展集合，然后指定裂纹扩展路径，断裂准则和裂纹扩展求解控制。求解命令CGROW定义裂纹扩展计算所有必需的参数。
（1）初始裂纹扩展集
使用CGROW,NEW,n命令定义初始裂纹扩展集，其中是裂纹扩展集的编号。
（2）指定裂纹路径
采用CGROW,PATH,cmname定义裂纹路径，其中cmname是界面单元组件的名称。
（3）指定裂纹计算的ID和断裂准则
通过CGROW,CID,n命令指定裂纹计算ID号，其中是采用VCCT计算能量释放率的裂纹计算(CINT)的ID号。（CINT命令定义的参数和断裂参数计算一致）。
对于简单的断裂准则，比如临界能量释放率，用户可以通过命令CGROW,FCOPTION,GTC, value指定，其中value为临界能量释放率。
对于一些更复杂的断裂准则，可以通过材料数据表定义断裂准则。采用CGROW，FCOPTION，MTAB，matid命令，其中matid是材料表的材料ID号。有多种断裂准则可供用户使用，比如线性（linear），双线性（bilinear），B-K，修正B-K，幂率（Power Law）和用户自定义的准则。
对于每个裂纹扩展集，用户只可以定义一个断裂准则和一个单元组，此外用户可以采用不同的断裂准则来定义多个裂纹扩展集。多条裂纹可以同时扩展或者彼此独立。如图22-2所示，当多条裂纹位于同一界面时，也可以合并为一条裂纹。
用户也可以在各自的断裂扩展集中，对同一裂纹定义不同的断裂准则。裂纹可以基于不同的准则扩展，并且彼此独立。这种方法对于比较断裂机理很有帮助。
2.4指定裂纹扩展求解控制
用户可以使用CGROW命令定义求解控制参数，给出了CGROW命令设置控制参数表。
断裂准则系数(fc) -CGROW,FCRAT,value, 其中Value为该系数；
初始时间步长（裂纹扩展开始时） -CGROW,DTIME,value, Value为初始时间步长 为避免过度预测承载能力, 指定一个小的初始时间步长；
随后裂纹扩展的最小时间步长 -CGROW,DTMIN,value, value为最小时间步长大小 ；
随后裂纹扩展的最大时间步长 -CGROW,DTMAX,value, value 为最大时间步长大小
裂纹扩展前沿节点允许的最大裂纹扩展量-CGROW,STOP,
CEMX,value, value最大的裂纹扩展量，裂纹扩展模拟很耗时, 当达到感兴趣的指定裂纹扩展量时,使用该命令来终止分析。
裂纹扩展前沿节点允许的最大裂纹扩展量-CGROW,STOP,
CEMX,value, value最大的裂纹扩展量，裂纹扩展模拟很耗时, 当达到感兴趣的指定裂纹扩展量时,使用该命令来终止分析。
当裂纹迅速扩展时（比如，裂纹扩展不稳定），使用较小的DTMAX和DTMIN来容许载荷重新平衡。当裂纹不再增长时，指定的时间步长控制被忽略，结果依赖于标准时间步长控制。
3、裂纹扩展
在裂纹扩展模拟中，一个关心的量是裂纹扩展总量。VCCT方法测量裂纹扩展是基于已经张开的界面单元的长度，如下述方程和图所示：
如图22-3（a）所示，对于二维裂纹问题，裂纹扩展是当前已经张开的界面单元的长度之和。如图22-3（b）所示，对于三维裂纹问题，裂纹扩展在每个裂纹前缘节点进行测量，为沿着裂纹扩展方向的界面单元边长的和。
裂纹扩展量（CEXT)是裂纹求解结果的一部分和裂纹计算的ID号一致，可以和能量释放率一样通过POST1和POST26中的处理命令，比如PRCINT，PLCINT和CISOL进行后处理来观察结果。
4、断裂准则
为建立裂纹扩展准则，用户必须定义裂纹开始和随后裂纹扩展的断裂准则。对于线弹性断裂力学，断裂准则通常假定为三种断裂模式的临界能量释放率的函数，其表达为：
对于一些模型可能还需要其它的参数。当断裂准则满足时，发生断裂，表述为：
4.1 临界能量释放率准则
临界能量释放率准则使用总的能量释放率（GT）作为断裂准则。总的能量释放率是三种模式的能量释放率的和，表述为：
能量释放率准则是最简单的断裂准则，适用于2D和3D的断裂扩展模拟。
示例：临界能量释放率输入
示例：临界能量释放率输入
gtcval=10.0
CGROW,FCOPTION,GTC,gtcval
4.2线性断裂准则
线性断裂准则是三种模式的能量释放率的线性函数。表述为
示例：线性准则输入
g1c=10.0
g2c=20.0
g3c=22.0
TB,CGCR,1,,,LINEAR
TBDATA,1,g1c,g2c,g3c
三个参数不能同时为零。如果其中一个设为零，相应的项被忽略。当三个临界能量释放率相等，则线性断裂准则简化为临界能量释放率准则。线性断裂准则适用于当三种断裂模式的临界能量释放率明显存在时的三维混合断裂模式。
4.3 双线性断裂准则
双线性断裂准则假设断裂准则是I型和II型断裂模式的能量释放率的线性函数，表达式为：
双向性准则输入示例：
g1c=10.0
g2c=20.0
x=2
y=2
TB,CGCR,1,,,BILINEAR
TBDATA,1,g1c,g2c,x,y
双线性断裂准则适用于二维混合断裂模式的模拟。
4.4 B-K断裂准则
B-K断裂准则表述为：
修正B-K 准则输入示例：
g1c=10.0
g2c=20.0
g3c=22.0
h=2
TB,CGCR,1,,,MBK
TBDATA,1,g1c,g2c,g3c,h
4.5幂率断裂准则
幂率断裂准则假设断裂准则是三种模式的能量释放率的指数函数。表述为：
三个临界能量释放率不能同时为零。如果其中一个设为零，相应的项被忽略。当指数,,设置为1时，指数准则简化为线性断裂准则。指数准则适用于当三种断裂模式的临界能量释放率明显存在时的三维混合断裂模式。
指数准则输入示例：
g1c=10.0
g2c=20.0
g3c=22.0
n1=2
n2=2
n3=3
TB,CGCR,1,,,POWERLAW
TBDATA,1,g1c,g2c,g3c,n1,n2,n3
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