Abaqus復合材料織物層板壓潰分析
近期咨詢復合材料層板壓潰分析的特別多，原來是今年的“上緯杯”第五屆全國大學生復合材料設計與制作大賽題目是“復合材料吸能柱結構”，于是，我們也湊湊熱鬧，做一個Abaqus復合材料織物波紋板壓潰的案例。
幾何形式為一段近似波紋板的結構，其草圖如下：
拉伸50mm后形成幾何實體，為了快速誘導壓潰的產生，波紋板的頂部設置45°倒斜角，如下圖所示。
層壓板由織物組成，共8層，鋪層順序為[0/90]2s，板厚約2mm，逐層將幾何進行切分，共切分出8層，如下圖所示。
該分析模型中的材料模型采用Abaqus內嵌的織物的VUMAT，該程序為內嵌程序，看不到源代碼，但是我們可以直接填寫材料參數，調用其本構就可以，電腦上也無需配置子程序。
面內織物及層間COHESIVE 的材料參數如下所示。
需要注意的是，調用該VUMAT子程序時，材料命名必須以“ABQ_PLY_FABRIC_”開頭，且材料參數需要嚴格按照以下規則來定義：
inp中的材料格式如下：
inp文件中每行只能有8個數據，不夠的補0即可。
為了在inp中實現上述格式，CAE中就需要特別注意預留空數據位置，按照以下順序來定義可保證無誤：
自定義材料中的1-8位定義彈性常數
9-16位定義強度，注意有空位
17-24位定義斷裂韌性，注意空位
25-32定義剪切非線性
33-40定義材料失效相關參數
最終如下：
該材料模型為二維織物材料，前面建立的幾何是實體，因此在采用composite layup建模時，面內截面屬性需要用continuum shell類型屬性，由于曲板纖維方向不斷變化，所以在定義層板坐標系的時候推薦使用離散坐標系。
層間界面采用基于解耦的拉伸-分離本構。
層壓板面內與continuum shell截面屬性匹配的的單元類型也為連續殼單元，如SC8R。
為了模擬壓潰過程中的分層損傷，在原始層板單元兩層之間插入0厚度cohesive單元，Abaqus2016版本及以后版本可以直接在CAE中插入0厚度cohesive 單元了，不需要寫程序咯，具體參見之前的文章“Abaqus 中創建零厚度cohesive單元的幾種方法”，插入的零厚度cohesive單元默認是COH3D8P類型，是做水力壓裂分析用的，切記要把它切換到COH3D8哈，此處不再贅述。
創建完層壓板，同時載創建一個離散剛體作為底部承載板和頂部加載板，每個剛體上均設置參考點，并賦予質量及慣性矩等屬性，然后將零件裝配到一起。
因為壓潰過程中存在嚴重的剛度退化，隱式分析是幾乎不收斂的，所以采用顯式動力學求解器進行準靜態分析，分析步類型選擇“Dynamic/Explicit”，。
至于準靜態分析中計算效率和計算準確度的矛盾，在之前的文章中也介紹過了，各位自行考量吧，魚和熊掌不可兼得，有高性能計算機就盡量不用筆記本臺式機。
整個壓潰過程中，除了上下加載板與波紋板之間有接觸外，當某些層間cohesive單元或者層板單元刪除后，裸露出來的新的單元面之間以及新的單元面與加載版之間都會產生新的接觸，而這些內面接觸默認是不考慮的，因此在設置通用接觸的時候要特別注意創建內部接觸。
底部支撐板固支，頂部加載板參考點上施加向下的位移或者速度，如果是位移加載的話，記得指定幅值曲線amplitude，準靜態分析推薦smooth step類型哈。
創建任務，提交計算就可以啦。出來的效果圖就是這個樣子的，條件允許的把加載速率放慢，把網格畫細一點，效果會更好哈。
需要注意的是，即使采用了顯式分析，如果單元刪除參數不合理的話，中途也會出現因單元畸變而跳出的問題，這個自己去悟吧。10
整個加載過程中的載荷位移曲線如下圖所示，后期會趨于穩定，震蕩有些劇烈哈，加載速度放緩慢一些會好很多哈，感興趣的自己去嘗試咯。
題外話：今年的“上緯杯”比賽題目是真的難，要求載荷不能高也不能低，對設計水平、計算能力都有很高的要求，看著這個題目自己就覺得腦袋疼，要么拿大量實驗去測，要么把計算搞準確，然鵝，想算得準又是何其的難，本文及實例僅供參考，歡迎批評指正，歡迎探討。
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后續將推出單向帶層壓板壓潰分析案例，敬請關注！
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