1、背景

本項目為采用LSDYNA軟件模擬鋼性球撞擊5層復合材料靶板的模擬。復合材料近幾年研究非常熱，不論從國家層面還是高校等，均大力研究新材料；復合材料仿真分析，尤其是復合材料失效分析，是lsdyna的優勢功能。本文詳細講解了復合材料材料角度、鋪層及失效的詳細控制方法。

2，幾何模型

首先利用workbench的DM建立鋼球及復合材料的幾何模型，然后使用SPDL進行前處理，劃分殼網格，并設置復合材料的層數及厚度，模型如下圖所示。

3，復合材料層數、厚度及角度

復合材料層數、厚度、角度等是復合材料的重點，共5層，每層厚度均為0.1cm，角度分別為0、45、-45、0、45度，可以通過如下關鍵字修改：

*SECTION_SHELL

         1         2    0.8333       5.0       0.0      -5.0         1

 0.100     0.100     0.100     0.100      0.10    

  0.00      45.0     -45.0      0.00      45.0    

*INTEGRATION_SHELL

         5         5         1

4，復合材料本構及失效

采用22號MAT_COMPOSITE_DAMAGE復合材料本構。具體參數及失效如下：

*MAT_COMPOSITE_DAMAGE

$AOPT局部坐標系，macf材料軸是否改變，a1如果aopt=2的坐標系方向，

$#     mid        ro        ea        eb        ec      prba      prca      prcb

1,1.60,1.32,0.073,0.073,0.03,0.03,0.31

$#     gab       gbc       gca     kfail      aopt      macf    atrack      

0.056,0.056,0.056,0.0,2.0,1,0

$#      xp        yp        zp        a1        a2        a3  

0,0,0,1,0,0

$#      v1        v2        v3        d1        d2        d3      beta    

0,0,0,0,0,0,0

$#      sc        xt        yt        yc      alph        sn       syz       szx

7.9E-4,4.9E-2,4.8E-4,2E-3,0,0,0,0    

*mat_add_erosion

1

$最大主應變和剪切應變失效

0,0,0,0.3,0.9

球為剛體rigid。

*MAT_RIGID

         2  7.80      2.10      0.300000       0.0       0.0       0.0

  1.00      4.00      7.00    

 

$

5，有限元網格

均采用lagrange算法。網格如下：

6，接觸建立

球與復合材料間定義侵蝕接觸。

*CONTACT_ERODING_SURFACE_TO_SURFACE

         1         2         3         3         0         0         0         0

 0.000     0.000     0.000     0.000     0.000             0 0.000    0.1000E+08

 1.000     1.000     0.000     0.000     1.000     1.000     1.000     1.000    

         0         1         0

7，邊界及載荷

復合材料四周固定，球施加初始速度200m/s。

*INITIAL_VELOCITY

         2         0         0

 0.000     0.000    -.2000E-01 0.000     0.000     0.000

8，求解設置

計算時間,50us，時間步因采用0.9

*CON*T*ROL_TIMESTEP

    0.0000    0.9000         0  0.00      0.00    

*CON*TROL_TERMINATION

  50.0             0   0.00000   0.00000   0.00000

9，求解

6核cpu求解時間1MIN。

10，結果分析

通過計算，復合材料失效如下圖所示：

通過本文研究，明確了復合材料建模、侵蝕仿真等的方法及技巧，可供復合材料行業提供參考。