復(fù)合材料沖擊后壓縮仿真的案例
復(fù)合材料沖擊后壓縮CAI 綜述文獻(xiàn)（不斷更新）
復(fù)合材料沖擊后壓縮CAI 的文獻(xiàn)，我認(rèn)為總結(jié)比較好的文章，分享給大家
[1] Khathyri Fatima, ElkiheL Bachir, Delaunois Fabienn. Review of damages prediction in a composite material at low velocity impact Global Journal of Engineering and Technology Advances, 01 (01) (2019) 027–42.
REF1.pdf
[2] Raffael Bogenfeld, Janko Kreikemeier, Tobias Wille. Review and benchmark study on the analysis of low-velocity impact on composite laminates. Engineering Failure Analysis, 86 (2018) 72-99.
Ref2.pdf
[3] Youhong Tang, Lin Ye, Zhong Zhang, Klaus Friedrich. Interlaminar fracture toughness and CAI strength of fibre-reinforced composites with nanoparticles – A review. Composites Science and Technology, 86 (2013) 26-37.
ref3.pdf
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聚合物基復(fù)合材料沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）測試標(biāo)準(zhǔn)解讀及主要挑戰(zhàn)分析
在航空航天、新能源汽車、風(fēng)電等高端制造領(lǐng)域，纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料憑借高比強(qiáng)度、高比模量、輕量化等優(yōu)異特性，成為推動產(chǎn)業(yè)升級的核心材料。但這類材料存在一個關(guān)鍵短板——對沖擊損傷異常敏感：微小的面外沖擊（如冰雹撞擊、工具墜落、碎石撞擊），就可能在材料內(nèi)部造成分層、基體裂紋等難以目視察覺的損傷，進(jìn)而大幅降低其承載能力，嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)安全。
在此背景下，“沖擊后壓縮”（Compression After Impact, CAI）性能測試，成為復(fù)合材料研發(fā)、質(zhì)量控制、選型決策中不可或缺的核心環(huán)節(jié)，更是連接實(shí)驗室標(biāo)準(zhǔn)與市場實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵橋梁。
Background
什么是CAI測試？
很多人將CAI測試誤解為單一的沖擊實(shí)驗，實(shí)則不然——它是一套完整的系統(tǒng)性能評估流程，核心目的是模擬復(fù)合材料在實(shí)際服役中“遭遇低能量沖擊后繼續(xù)承載”的嚴(yán)峻工況，精準(zhǔn)考核材料受損后的剩余壓縮強(qiáng)度。
其測試邏輯可概括為兩步：
第一步，通過標(biāo)準(zhǔn)化的落錘沖擊或準(zhǔn)靜態(tài)壓痕方法，在復(fù)合材料層合板試樣上引入可控、可重復(fù)的損傷，模擬實(shí)際使用中可能遇到的沖擊場景；
第二步，將已產(chǎn)生損傷的試樣固定在專用支撐夾具中，進(jìn)行壓縮試驗直至失效，最終測定其壓縮殘余強(qiáng)度，以此判斷材料在受損后的結(jié)構(gòu)可靠性。簡單來說，CAI測試就是給復(fù)合材料做“抗沖擊后的耐力測試”，直接決定材料能否在復(fù)雜工況下安全服役。
Standard
檢測標(biāo)準(zhǔn)解讀
當(dāng)前，業(yè)界普遍遵循ASTM D7136（落錘沖擊）與D7137（壓縮殘余強(qiáng)度）標(biāo)準(zhǔn)體系。這些標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了從試樣制備、沖擊引入到最終壓縮測試的全過程。
1. 核心試樣
標(biāo)準(zhǔn)推薦針對厚度為4.0至6.0毫米,建議厚度為5mm的層合板進(jìn)行測試，鋪層方式對結(jié)果有決定性影響。
展開 復(fù)合材料沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）測試關(guān)鍵要點(diǎn)，確保天舟貨運(yùn)飛船飛行安全性
與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料相比，聚合物基復(fù)合材料（PMC）具有更高的性能和柔韌性。然而，這些優(yōu)勢是采用多種原材料并通過增加材料復(fù)雜性為代價的，因而對于這些材料的測試也帶來了一定的挑戰(zhàn)。
材料特性的基本表征包括在不同的載荷條件下進(jìn)行一系列試驗——拉伸、壓縮、剪切和彎曲。復(fù)合材料具有各向異性（即力學(xué)性能取決于方向）和不均勻性（即材料成分不均勻，如增強(qiáng)纖維與樹脂基體）。對于關(guān)鍵的復(fù)合材料應(yīng)用，通常需要進(jìn)行其他更復(fù)雜的試驗來確定材料在使用條件下以及在典型環(huán)境中的耐久性。比如，評估航空航天工業(yè)復(fù)合材料沖擊后壓縮（CAI）試驗、風(fēng)能行業(yè)疲勞載荷以及汽車碰撞防護(hù)的高速拉伸試驗都很重要。
CAI的含義
CAI（沖擊后壓縮強(qiáng)度）實(shí)際上有兩種含義：
1） 評定含損傷時的材料性能指標(biāo)；
2） 復(fù)合材料層壓板受沖擊產(chǎn)生損傷后的壓縮強(qiáng)度。前者一定是對特定的層壓板，在特定條件下得到的含沖擊損傷層壓板的壓縮強(qiáng)度；而后者可以是任意的層壓板（包括結(jié)構(gòu)）在壓縮載荷下的壓縮剩余強(qiáng)度；
由于CAI值不僅用于評定材料性能的指標(biāo)，同時也是用于結(jié)構(gòu)設(shè)計確定設(shè)計值的基礎(chǔ)，因此纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的CAI值測試越來越重要，隨著人們對CAI值不斷的理解和深入，由初始僅作為評定樹脂增韌的標(biāo)準(zhǔn)，到目前已用于從材料研制擴(kuò)展到為結(jié)構(gòu)設(shè)計等提供有關(guān)損傷容限能力的知識數(shù)據(jù)需求。
CAI測試標(biāo)準(zhǔn)及注意事項
常用的測試標(biāo)準(zhǔn)為ASTM D7137/D7137M、ASTM D7136/D7136M、ISO 18352，試驗機(jī)的同軸度、夾具的選擇以及壓盤的平行度都會對測試結(jié)果產(chǎn)生較大影響。
展開 基于Vumat子程序的復(fù)合材料壓縮沖擊破壞預(yù)測
復(fù)合材料由于具有較高的比強(qiáng)度、比模量和可設(shè)計性，在航空航天等領(lǐng)域一直都備受關(guān)注。隨著大量專家學(xué)者投入研究，其剛度、強(qiáng)度的預(yù)測已有了較為完善的理論。利用這些理論，通過在子程序中構(gòu)建本構(gòu)方程，可實(shí)現(xiàn)在ABAQUS等有限元軟件中得到與實(shí)驗結(jié)果較為接近的仿真結(jié)果。同樣的，耐壓縮沖擊性能也是實(shí)際工程應(yīng)用中經(jīng)常需要考慮的一個性能，但由于復(fù)合材料壓縮的破壞形式較為復(fù)雜，且對于壁板結(jié)構(gòu)，壓縮過程中又涉及到了穩(wěn)定性問題，所以對其進(jìn)行有效的預(yù)測具有較大的難度。
本期，我們就講講如何在ABAQUS中基于Vumat子程序來實(shí)現(xiàn)對復(fù)合材料在壓縮沖擊載荷作用下，有效地預(yù)測其破壞模式。
1. 方法概述—“兩步走”
對于本文案例類似的結(jié)構(gòu)，其在壓縮沖擊載荷作用下的破壞模式預(yù)測大致可分為兩大步，即穩(wěn)定性分析和破壞模式預(yù)測。
1. 首先，我們需要建立一個屈曲分析步，引入擾動，在Model-edit keyword中添加相關(guān)關(guān)鍵字，并輸出節(jié)點(diǎn)位移文件。
2. 然后，復(fù)制模型，修改分析步類型及邊界條件，并在Vumat子程序中構(gòu)建材料本構(gòu)，引入失效準(zhǔn)則，利用ABAQUS顯式運(yùn)算的方法，不停迭代產(chǎn)生損傷后的剛度矩陣，直至結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。同樣的，在此步驟中也需要對關(guān)鍵字進(jìn)行編輯。
由于壓縮沖擊的破壞模式多種多樣，若需模擬某些特定的損傷模式，可在子程序中進(jìn)行單元刪除的定義。
2. 案例
本文以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁方管為例，利用Vumat子程序預(yù)測其在沿軸長方向的壓縮沖擊載荷作用下的破壞模式。
2.1 問題描述
試驗件由[0°/90°]的碳纖維布采用RTM工藝固化成型。
展開 Ls-dyna 彈道沖擊復(fù)合材料相關(guān)論文(面法向壓縮處理) 收集
[1] Experimental and numerical investigation of the impact response of elastomer layered fiber metal laminates (EFMLs)
Experimental and numerical investigation of the impact response of elastomer layered fiber metal laminates (EFMLs).pdf
[2]Numerical simulation of impact tests on GFRP composite laminates
Numerical simulation of impact tests on GFRP composite laminates.pdf
[3]Progressive damage modeling of plain weave E-glass/phenolic composites
Progressive damage modeling of plain weave E-glass_phenolic composites.pdf
[4]An experimental and numerical investigation on ballistic performance of advanced composites
Anexperimentalandnumericalinvestigationonballisticperformanceofadvancedcomposites.pdf
展開 基于LS-DYNA隱式（implicit）的復(fù)合材料壓縮仿真 ￥10
問題描述
用LS-DYNA做復(fù)合材料的壓縮失效的仿真，由于ls-dyna主打功能是顯式動力學(xué)，如果用顯式動力學(xué)求解準(zhǔn)靜態(tài)要做必要的處理（質(zhì)量縮放，加載加速 加載曲線光滑等處理）；處理完后結(jié)構(gòu)是否合理需要和隱式的結(jié)果進(jìn)行對比，本文提供了基于LS-DYNA隱式（implicit）的復(fù)合材料壓縮的仿真，用于提供參考。
基于VUMAT復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)沖擊仿真
1 低速沖擊問題
夾層結(jié)構(gòu)具備良好的吸能特性，其沖擊特性一直是被重點(diǎn)關(guān)注的方向。
本期主要對復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)低速沖擊的仿真進(jìn)行介紹。
我本人做靜力問題相對多些，沖擊問題以前做過一個仿真效果，沒有深入研究。這幾天和學(xué)流體的師兄交流的時候，他說他同學(xué)有一個搞高速沖擊的，用流體的方法搞。
好奇心來了，流體的方法怎么搞？
師兄曰，高速情況下，彈子穿過一些物體，不就像彈子游在水里一樣嘛。
雖然說得很玄妙，但是好像很有道理。實(shí)際上流體和固體很多現(xiàn)象很接近。就比如帶孔板的拉伸和圓柱擾流，云圖真是傻傻難分。并且還真有學(xué)者找到兩者的本構(gòu)共通性，用圓柱繞流來研究帶孔板。
一下子扯遠(yuǎn)了，繼續(xù)低速沖擊。
2 模型
考慮如下模型，邊界條件為底部固支，上面板四個角點(diǎn)固支。面板失效基于Hashin準(zhǔn)則判斷，芯層失效基于MISESS準(zhǔn)則判斷。
看似簡單的問題往往暗含殺“雞”。
1） 沖頭設(shè)置為剛體，其密度的取值，不能直接賦予鋼的屬性。因為實(shí)際的沖頭結(jié)構(gòu)為柱狀。建模中，處于簡化考慮，取頭部半球進(jìn)行建模，為此需要根據(jù)實(shí)際沖頭質(zhì)量，換算出仿真用沖頭的密度。
2） 面板和夾層之間可以綁定，如果夾層是蜂窩這類非均勻結(jié)構(gòu)，用接觸屬性會比較合適，但是接觸的定義要考慮好，否則很容易穿透，或者大滑移。
3） 同樣的，沖頭和面板的接觸也要注意，網(wǎng)格的疏密和接觸屬性都可能造成穿透。
4） 為了防止網(wǎng)格過度扭曲，要對網(wǎng)格扭曲進(jìn)行控制，也可以縮放其質(zhì)量，或者對過度扭曲的單元，直接賦予高模量。
5） 載荷為速度載荷，如果已知沖擊能量，就根據(jù)沖頭質(zhì)量進(jìn)行速度換算，這是高中知識了。
3 VUMAT
1) 我們此次使用VUMAT最重要的目的是，實(shí)現(xiàn)失效區(qū)域的識別。
2) 本次VUMAT關(guān)鍵輸出，是應(yīng)力的更新和損傷變量的更新。
展開 Moldex3D仿真分析之壓縮成型快速生產(chǎn)復(fù)雜的復(fù)合材料部件
為什么使用壓縮成型模擬?
壓縮成型為塑料在高溫高壓的條件下被擠壓進(jìn)預(yù)熱的膜腔中直到固化的成型過程。其制程可用于大量生產(chǎn)且達(dá)到低成本的制模，適用于具有復(fù)雜外觀、高強(qiáng)度或抗高沖擊性的產(chǎn)品。
壓縮成型能夠快速生產(chǎn)復(fù)雜的復(fù)合材料部件，Moldex3D支持許多不連續(xù)的且常用于壓縮成型的FRP材料，包含熱塑性材料GMT、LFT-G、LFT-D；也支持熱固性材料，例如SMC、BMC材料。
模擬挑戰(zhàn)
? 適合的材料數(shù)量
? 預(yù)測所需的鎖模力以確保達(dá)到正確的形狀
? 提供適當(dāng)?shù)某尚蛥?shù)以確保壓縮成型的質(zhì)量
? 材料壓入模腔后的模具設(shè)計
? 偵測潛在的溢料問題
? 達(dá)到量產(chǎn)品質(zhì)量一致
Moldex3D 解決方案
? 模擬單一填料或多個預(yù)填料設(shè)計的流動制程
? 可視化壓力分布、體縮率、殘留應(yīng)力等分布情形
? 預(yù)測潛在的成型缺陷，如溢料或毛邊的產(chǎn)生
? 優(yōu)化壓縮速度、壓縮力或模溫等成型條件
? 支援纖維排向與金線偏移分析
? 支持并行計算，加速完成模擬過程
單一預(yù)填料設(shè)計 兩對稱預(yù)填料設(shè)計
? 為了更準(zhǔn)確地預(yù)測壓縮成型過程中的大變形，Moldex3D支持LS-Dyna（R15.0及更新版本）。 此整合解決方案允許用戶無縫地導(dǎo)入由LS-Dyna在初始壓縮變形過程中所計算的初始溫度，且用于Moldex3D的壓縮成型分析。 主要特點(diǎn)是
o 支持LS-Dyna材料卡以EFG方法考慮大變形
o 支持導(dǎo)入LS-Dyna所計算的初始溫度
o 可自定義初次預(yù)充填的纖維排向
產(chǎn)業(yè)應(yīng)用
? 汽車
? 電子
? 消費(fèi)性產(chǎn)品
Moldex3D建議產(chǎn)品
? Moldex3D Advanced Package
展開 
Abaqus纖維復(fù)合材料蜂窩板落錘沖擊仿真模型 ￥99
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小球?qū)?em>復(fù)合材料的沖擊：
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