關鍵詞：ABAQUS VUMAT，低速沖擊，接觸力，失效，層合板

復合材料無論是從仿真角度還是從試驗角度，都是個金字塔式的研究。Step by step，環環相扣，缺一不可。

最近遇到很多學生都在做復合材料低速沖擊失效的分析。而在做沖擊分析之前，還得把材料的各個方向的靜強度、模量分析好，或者通過試驗得到準確的參數。

這樣拉伸、壓縮、剪切，不同方向都來一遍，工作量還是很大的。拿到這些基本參數后，才能開展沖擊仿真。

沖擊仿真，無論是想把失效形式、失效分布模擬出來，還是把接觸力響應曲線模擬出來，都很有難度。這是由接觸問題本身的復雜性以及試驗的分散性決定的。并且，顯示動力學求解速度慢，計算耗時長，仿真結果影響因素多。

因此，想把各個參數或者邊界條件都摸清楚，讓仿真能夠復現試驗，需要足夠的耐心，足夠的時間，和一臺配置還不錯的計算機。

本文我們結合一個論文的算例，采用ABAQUS VUMAT 給出低速沖擊下的層合板失效分析結果。

模型與參數

鋪層：16層，單層厚度0.1325mm。[0/±22.5/±45/±77.5/90]_s。

層合板尺寸：150mm×100mm。

沖頭：2.077kg，R=8mm。

編輯 跳轉

材料是碳纖維復合材料，參數如下：

邊界條件與載荷

沖擊能量：11J，換算成沖擊速度是3.2546m/s。

約束：實際試驗中，板子被放在一個鏤空的工裝上，125mm×75mm。因此仿真中，約束125mm×75mm之外的底部節點的厚度方向位移。

圖來源：譚建設.復合材料層合板低速沖擊響應的試驗研究與仿真分析[D].上海交通大學,2014.

仿真的約束

本構模型與失效處理

在VUMAT中，采用Hashin準則進行失效判斷，對失效的單元做剛度折減模擬失效。注意，這里沒有使用單元刪除。

接觸力結果

文獻接觸力結果如下：

圖來源：譚建設.復合材料層合板低速沖擊響應的試驗研究與仿真分析[D].上海交通大學,2014.

工作室仿真結果如下，從結果看，工作室的仿真效果要優于文獻結果。

工作室仿真結果

失效分布結果

文獻結果如下：

文獻的背面仿真結果

圖來源：譚建設.復合材料層合板低速沖擊響應的試驗研究與仿真分析[D].上海交通大學,2014.

工作室仿真結果如下，從結果看，背面和文獻都能仿真出接近“十字形”分布。文獻沒有對試驗件進行掃描，只做了拍照，照片看不清晰，這里就放試驗的圖了。

工作室的背面仿真結果

工作室的背面仿真結果

容易踩坑的點

（1）邊界條件：動力學的分析對邊界條件非常敏感，約束的條件盡量和試驗保持一致；

（2）材料參數：材料參數要盡可能準確，否則接觸載荷和失效分布會差異很大；

（3）結果后處理：如果沖頭沖破試驗件，仿真和試驗的接觸載荷要去對比前半段，后半段沒有意義。