圖 1. 插件計算效果圖：左圖層間損傷，右圖層內損傷

1.1. 模型框架

   插件采用切分發創建層內和層間模型，層間界面使用有限厚度（0.001 mm）內聚力單元進行建模。根據文獻結果，界面模型的選擇從加載初期即顯著影響位移和接觸時間，零厚度模型會因忽略界面實際厚度而低估最大位移，有限厚度模型則更能準確復現實驗響應。

圖 2. 自動建模插件

1.2. 材料系統與參數

   文獻中的材料為 T700/M21，其層內力學參數、強度值、斷裂能以及界面參數均見于文獻表 3（亦為插件預置值）。層間損傷演化為二次應力準則與 B?K 混合模式能量準則。這些參數構成插件中 T700 材料數據庫的核心。

1.3. 建模細節說明

    文獻建立的有限元模型中，層合板尺寸為 150 mm × 100 mm，厚度 4 mm，鋪層方案包括對稱與非對稱序列；沖頭質量 2 kg，直徑 16 mm，沖擊能量 25 J（初速 5 m/s）。邊界條件參照ASTM標準設置，即在 125 mm × 75 mm 矩形框內支撐試件，僅約束面內平移自由度，不約束法向。插件的邊界建模即復現了這一試驗構型。

二、插件功能詳解

    Composite Impact Auto?Builder 是基于 Abaqus/Explicit 平臺的參數化前處理插件，將上述文獻驗證的高精度建模流程封裝為可重復運行的自動化工具，減少人工操作與參數設定偏差。

圖 3. Composite Impact Auto?Builder 1.1 插件界面

2.1 內嵌文獻標定的材料參數庫

    插件內置兩組常見的碳纖維復合材料體系：

• T700：DOI: 10.1016/j.tws.2023.111053
• T300：DOI: 10.1177/07316844221147487

    用戶在 GUI 界面僅需通過下拉菜單選擇材料型號（T700 或 T300），VUMAT 實體本構屬性及 Cohesive 層截面參數將自動完成賦值。

2.2 精確的有限厚度層間界面建模

    與傳統的共節點連接或零厚度內聚力模型不同，插件遵循文獻結論采用有限厚度的獨立內聚力層來模擬分層行為。其實現方式為“逐層剝離”算法：程序讀取鋪層總數后，在上、下相鄰鋪層之間自動插入獨立的 Cohesive 層幾何體，每層厚度為 0.001 mm。

同時，在層合板內每一相鄰實體層與 Cohesive 層界面之間，自動建立 Surface?to?Surface Penalty 面面接觸對（法向硬接觸、切向罰摩擦系數 0.3），實現層間正應力與剪應力的真實傳遞。該設置還原了文獻中有限厚度模型對最大中心位移和接觸時間更為準確的預測能力。

圖 4. 低速沖擊建模-模型圖

2.3 局部網格控制與鋪層自動補齊

    網格劃分：程序自動識別沖擊中心區域（50×50 mm），并在此范圍內執行網格加密。用戶可獨立設置中心加密區與外圍粗化區的單元尺寸，兼顧計算精度與效率。所有實體層采用 C3D8R 減縮積分單元并激活單元刪除，內聚力層采用 COH3D8 單元，沖頭則使用離散剛體單元 R3D4。網格劃分基于掃掠技術（Advancing Front）生成。

    鋪層邏輯：支持非對稱鋪層序列輸入，用戶通過逗號分隔輸入各層角度。若輸入角度數目少于設定的總層數，系統將自動以 0° 鋪層補齊所缺層信息，避免因輸入遺漏導致模型鋪層角度不完整。

圖 5. 低速沖擊模型-網格劃分

2.4 標準試驗邊界條件的復現

    插件內置符合 ASTM D7136 規范的邊界模型。一鍵生成的剛體承載支座包含 125×75mm 的矩形窗口，有限元模型中通過約束支座參考點實現固定。層合板四邊的約束條件設置為非完全固支：約束面內位移 U1、U2 以及三個轉動自由度 UR1、UR2、UR3，但釋放法向位移 U3，從而還原靶板在沖擊載荷下的實際彎曲變形形態。

2.5 接觸、載荷與分析步自動化

    插件自動定義沖頭與上表面、各層間界面以及下表面與支座之間的接觸關系，統一使用罰函數摩擦系數 0.3，法向硬接觸。沖擊速度通過預定義場賦予沖頭（初始速度沿法向負方向，默認 4430 mm/s，對應約 10 J 能量示例，用戶可調）。分析步采用顯式動力學，時間周期默認 0.01 s，場輸出包含應力 S、應變 E、位移 U、損傷變量 SDEG 和 DMICRT、狀態變量 SDV 及 STATUS，歷史輸出請求接觸面法向力 CFN3，便于后處理中快讀提取力?時間/位移曲線。

圖 6. 后處理模塊可單獨顯示每層損傷

2.6 版本授權，插件分為兩個發布版本

• 基礎版（公開發布）：面向基礎科研與算法驗證，核心建模功能與材料庫無任何限制，但最高支持生成 4 層的復合材料層合板。在層數 ≤4 時，可直接運行生成模型。
• 專業版（需 License 授權）：當用戶設定層數 >4 時，程序將調用設備特征碼，并提示缺少 license.key 或密鑰無效。用戶需將機器碼發送到微信公眾號，有條件獲取授權文件，放置于插件目錄即可解除層數限制。

基礎版獲取方式：點贊+推薦+關注后，公眾號內回復關鍵詞“沖擊插件”。