采用商業(yè)有限元軟件Abaqus進行復合材料結(jié)構(gòu)建模時，一般有兩種建模方法：常規(guī)建模方法和Composite layup快速建模方法，主要差異在創(chuàng)建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系方面，常規(guī)建模方法和一般商業(yè)軟件類似，將創(chuàng)建材料、創(chuàng)建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系四個步驟分離，通用性較強，尤其是對于包含UMAT/VUMAT子程序開發(fā)的復合材料分析模型或者是三維實體單元顯式動力學分析模型，僅支持該類建模方法；Composite layup快速建模方法將創(chuàng)建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系三部分內(nèi)容集成在一起，可一次性完成設置，效率較高。本文先從最基本的常規(guī)建模方法講起。

上一篇已經(jīng)講解了最基本的常規(guī)建模方法，本篇將繼續(xù)介紹采用Composite layup實現(xiàn)快速建模，兩篇有明顯差異的地方用紅色字體進行了標注，以利于區(qū)分。同樣先介紹復合材料殼單元模型快速建模方式。

第1步：繪制幾何

在Part模塊下繪制幾何，幾何類型為3D-Deformable- Shell，草圖如下：

繪制完草圖后，退出草圖，得到開孔板的幾何模型，如下：

第2步：創(chuàng)建材料

與復合材料殼單元對應的是2D材料模型Lamina，將視圖切換至Property模塊，點擊創(chuàng)建材料按鈕，在跳出窗口中選擇Mechanical→Elasticity→Elastic選項，在材料類型下拉框中選擇Lamina，如下圖所示。

表格中的6個數(shù)據(jù)分別為縱向（沿纖維方向）彈性模量、橫向（垂直于纖維方向）彈性模量、面內(nèi)泊松比以及三個方向的剪切模量。與其他商業(yè)有限元軟件不同的是，即使是對于二維材料模型，仍然需要輸入面外的剪切模量G13和G23，這兩項數(shù)據(jù)是用于定義殼的橫向剪切行為。

一個復合材料分析模型中可以包含多種材料模型，例如不同的鋪層采用不同的材料。

第3步：創(chuàng)建鋪層坐標系

點擊創(chuàng)建坐標系按鈕，有三種坐標系可以選擇：直角坐標系、圓柱坐標系和球坐標系。可根據(jù)自己的結(jié)構(gòu)特征選擇合適的坐標系，針對本模型，選擇直角坐標系，然后指定坐標原點、X軸方向以及XY平面即可。

第4步：賦屬性

此處是與傳統(tǒng)建模方法差異最大的地方，點擊創(chuàng)建composite layup按鈕，選擇Conventional Shell普通殼單元類型，如下圖所示。

點擊Continue之后，進入以下界面，在Layup Orientation中選擇Coordinate system方式，并選擇之前創(chuàng)建的鋪層坐標系。Normal direction默認Axis3方向即可，附加角度默認設置。截面積分方式同上一篇，此處不再贅述。

然后在下方的表格中一次輸入或選擇鋪層名稱（會自動命名）、鋪層區(qū)域、鋪層材料材料（可以有多種材料）、鋪層絕對厚度、單層的局部坐標系（默認就是前面選擇的鋪層坐標系）、鋪層角度及積分點數(shù)量（殼單元默認為3）。

類似地，在上述表格中可不不斷將鋪層角度在0°、45°、90°及-45°之間不斷切換來檢查模型坐標系設置的對錯與否，效果如下圖所示。

第5步：創(chuàng)建裝配

將視圖切換到Assembly模塊，點擊創(chuàng)建實例按鈕，進入以下界面：

創(chuàng)建實例有兩種方式，一種是基于自身模型的Part創(chuàng)建，一種是基于其他模型創(chuàng)建，會將所選擇的模型中的實例導入到當前模型下。

創(chuàng)建完實例之后，視圖中會出現(xiàn)藍色裝配體。

第6步：劃分網(wǎng)格

將視圖切換到Mesh模塊，進行網(wǎng)格劃分，一般建議創(chuàng)建完幾何之后，優(yōu)先劃分網(wǎng)格再去設置邊界、載荷、接觸等信息，對于復雜結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)格劃分過程中需要對結(jié)構(gòu)進行切分，切分會破壞原始構(gòu)型，導致先前設置的邊界、載荷、接觸等信息丟失，造成工作反復，因此將劃分網(wǎng)格這一步提前。

首先是設置網(wǎng)格密度，共有兩個按鈕，，左側(cè)的為全局網(wǎng)格密度設置，右側(cè)為局部網(wǎng)格密度設置，可以對特別的邊線或者面設置不同的網(wǎng)格密度.

在設置網(wǎng)格時，如果出現(xiàn)以下提示，是因為創(chuàng)建實例時選擇了Dependent類型，此類實例僅能在零件下劃分網(wǎng)格或設置網(wǎng)格屬性。

解決辦法是將網(wǎng)格劃分的對象由Assembly切換到Part，如下圖所示。

在全局網(wǎng)格密度設置界面下設定近似全局網(wǎng)格尺寸為2mm，其他默認設置。

然后點擊網(wǎng)格劃分按鈕去劃分網(wǎng)格，劃分網(wǎng)格以后視圖如下：

可以通過網(wǎng)格控制按鈕來設置單元形狀和網(wǎng)格生成算法，

還可以通過單元類型設置按鈕設置單元類型，默認的是四節(jié)點減縮積分單元S4R。

第7步：設置分析步

將視圖切換至Step模塊，點擊按鈕創(chuàng)建分析步，常用的分析步類型有Static,General和Dynamic,Expicit兩種，本案例選擇Static,General類型，創(chuàng)建一個靜力分析步。

分析步總時間默認為1秒，增量設置可以按下圖進行修改。

第8步：設置輸出

復合材料常規(guī)建模方式中，我們曾提到，如果要查看每一層的應力應變或變形，需要進行特殊設置，在Output at layered section points中應輸入所有的截面點編號，比如殼單元有四層鋪層，每一層有3個截面點，則一共需要輸入12個截面點才能保證后處理中能查看所有鋪層的場變量數(shù)據(jù)，如下圖所示。

但是，當采用Composite layup快速建模時，場輸出時可以直接針對所建立的layup進行輸出，如下圖所示：

如果有多個零件或者多個composite layup，則需要設置多個場輸出，默認針對鋪層僅輸出應力、應變、損傷因子、損傷狀態(tài)等信息，不會輸出變形，因此建議保留系統(tǒng)自動生成的針對whole model的默認輸出。否則，在視圖中僅能看到應力、應變等云圖，看不到結(jié)構(gòu)變形。

第9步：設置邊界和載荷

視圖切換到Load模塊，設置邊界條件和載荷。與常規(guī)各向同性材料模型一樣，一端設置固支，一端給定拉伸位移1mm，此處略去。

需要注意的是，邊界和載荷在整個建模過程中屬于最不起眼、最容易被忽視的步驟，但同時也是對計算結(jié)果影響最大的因素之一，萬不可小覷。

第10步：創(chuàng)建任務

切換到Job模塊，創(chuàng)建任務，提交計算。與傳統(tǒng)模型無異，此處略去。

第11步：查看結(jié)果

計算完成后，在Job模塊下點擊Results按鈕，可直接打開結(jié)果文件并跳轉(zhuǎn)至后處理界面。

查看應力時，默認顯示的是第一層應力水平。

當需要查看每一層應力水平時，點擊菜單Result→Section Points，如下圖所示，切換至Plies選項，將會出現(xiàn)在截面屬性中定義的所有鋪層，每一層的輸出位置又分為上中下三個位置，如下圖所示。

第1層應力水平

第2層應力水平

【完結(jié)】

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