復合材料研究是目前一個較為熱門的方向，復合材料主要分為：①纖維增強復合材料②夾層復合材料③顆粒復合材料④混雜復合材料；對于纖維增強復合材料來說，又分為連續增強復合材料、短纖維增強復合材料。短纖維增強復合材料，其優點在于比強度高、比模量大、可設計性高、耐腐蝕、抗疲勞等，因此成為近年來的研究熱門。

有限元仿真是研究材料力學性能的重要手段，而仿真的第一步即為模型的建立。由于短纖維增強復合材料的有限元模型需要考慮隨機的纖維分布，如果纖維束數量較多，則手動在abaqus中直接建模工作量會過于繁重，因此本文介紹了一種基于abaqus的建模插件，可以成功快速實現隨機纖維增強復合材料拉伸試樣模型的建立。

一、新增功能

爭對此，可對隨機纖維增強復合材料拉伸試樣進行插件建模，在前一版本中，主要基于下面的標準試樣進行短纖維模型的建立。

插件版本1.0

但是實際中，不同研究人員所用拉伸試樣尺寸可能不一致，為解決這一問題，發布了復合材料拉伸試樣插件2.0版本了，在該版的插件中，我們將拉伸試樣的尺寸考慮在內，將試樣尺寸變成為用戶自定義的參數。

插件版本2.0

二、纖維生成算法

此插件核心之一在于如何生成不相交的纖維，因此選擇選用解析幾何方法對隨機生成的纖維是否與已經生成的纖維進行相交判斷，不相交的判斷算法如下，首先生成的纖維可以看做空間線段，當每條線段之間的最短距離均大于纖維直徑時，此時纖維的位置視為均不相交,由此進行判斷纖維是否相交；

核心之二在于,如何保證纖維的體積含量，由于隨機生成的纖維需要切割，切割后纖維的體積含量很難計算，如果一次生成所有纖維在切割，容易導致體積含量過大或者過小，無法保證；本插件采用迭代算法逼近，即先根據體積含量計算出初始纖維體積，再經歷一道切割之后，計算切割后纖維體積距離設定的體積分數還差幾個纖維，進行第二次迭代……以此類推直到切割后的纖維體積距離設定體積分數小于一個纖維體積時，整個迭代結束，以此確保纖維的體積精確。

與此同時，當設定的參數不合理時，可能導致迭代的過程無法收斂，如在纖維體積含量過大時會出現纖維難以生成導致一直死循環，所以再本插件中，設置了最大的迭代次數上線，當超過這個最大次數時，即使體積未達到，整個生成過程也將中止，以此保證腳本的收斂。

三、插件界面及參數介紹

插件界面

本插件的參數主要分為兩大部分，拉伸試樣的尺寸，以及纖維的尺寸。拉伸試樣的尺寸中主要定義了長度方向上的三個尺寸，寬度方向上的兩個尺寸及厚度方向上一個尺寸；纖維尺寸中，定義了纖維長度、纖維直徑纖維的體積分數，以及用于控制腳本收斂的迭代次數。

四、插件的測試效果

測試1：

本次測試標準拉伸試樣，纖維長度5，直徑1，體積分數0.1；生成結果如下：

整體模型

纖維模型

該參數下，該插件生成該模型共用時6min，經歷了20次迭代，生成的模型中纖維體積471.26mm3，模型總體積4800.46mm3，纖維占比0.0982，與設計值0.1的誤差值僅1.8%。誤差極小，用時高效。

測試2：

測試不同的拉伸試樣尺寸，纖維長度5，纖維直徑1，纖維體積含量5%，生成結果如下：

整體模型

纖維模型

由于該模型生成的纖維數量較少，所以該模型共計用時20s，迭代7次。生成的纖維體積66.24mm3,模型總體積1401.1mm3，纖維體積占比4.72%，與設計5%之間誤差僅5.4%。

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