層合板
關(guān)注創(chuàng)建者：仿真專業(yè) 創(chuàng)建時間：2020-02-03
層合板的視頻教程
任意鋪層角度UD層合板纖維尺度建模插件（纖維隨機分布)使用
任意鋪層角度UD層合板纖維尺度建模插件（纖維隨機分布)使用 下載鏈接： 任意鋪層角度UD層合板纖維尺度建模插件（纖維隨機分布)_abaqus纖維微觀建模 復(fù)合材料層合板-技術(shù)鄰
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Abaqus復(fù)合材料層合板仿真(附CAE模型)
本套視頻詳細介紹了如何在Abaqus中定義復(fù)合材料，如何查看材料的方向，以及如何對層合板進行分析。 Job-1.rar
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基于能量損傷演化的層合板三點彎模型-3Dhashin
基于能量的損傷演化層合板三點彎模型 采用單向0/90交叉鋪層 使用損傷準則： 3D-HASHIN準則 （參考：https://doi.org/10.3390/app13021155）
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層合板的實例教程
經(jīng)典層合板理論，Classical Laminate Theory ，簡寫CLT，基于基爾霍夫(Kirchhoff)假設(shè)即直法線假設(shè)和法線長度保持不變，z向應(yīng)力可以忽略假設(shè)，而建立的薄層合板分析理論。本文將帶大家從頭至尾回顧一下經(jīng)典層壓板理論的來龍去脈。
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層合板的變形
無論是經(jīng)典層合板理論還是剪切變形理論，都需要從層合板的變形描述開始講起。以圖1所示的層合板為例，當受到外部載荷作用時，層合板將發(fā)生面內(nèi)伸縮或者彎曲變形。
圖1 層合板示意圖
圖2所示為層合板在XZ平面內(nèi)的變形情況。
(a)變形前的截面 (b)變形后的截面
圖2 XZ平面內(nèi)的變形
以XZ平面內(nèi)的變形為例，其中B是中面上的一點，C是截面上的任意點，b是層合板中面的轉(zhuǎn)角，則有：
其中，
注：在小變形假設(shè)下，b是小量，所以有b≈sinb。
展開 目前被普遍用于工程中的纖維增強復(fù)合材料主要為層合板結(jié)構(gòu)，且均為多向板，在層合板的制造過程中，常由于許多不確定因素，使得層合板內(nèi)部出現(xiàn)各類缺陷，大大降低了層合板的強度和剛度。
由于復(fù)合材料的損傷失效問題過于復(fù)雜，解析方法受到數(shù)學(xué)工具的限制難以實現(xiàn)，而實驗也需要高昂的費用和時間成本難以廣泛應(yīng)用，隨著計算機計算能力的發(fā)展，數(shù)值方法成為處理復(fù)合材料層合板損傷問題的強力手段。Abaqus針對復(fù)合材料提供了專業(yè)的建模工具和損傷分析理論來模擬復(fù)合材料層合板在各種工況下的失效行為。
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Abaqus建模工具
Abaqus 中的 composite layup 組件，是一種非常便捷的復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)建模工具，其提供了三種常見的復(fù)合材料層合板模型，包括傳統(tǒng)殼、連續(xù)殼、和實體單元模型。
展開 目前被普遍用于工程中的纖維增強復(fù)合材料主要為層合板結(jié)構(gòu)，且均為多向板，在層合板的制造過程中，常由于許多不確定因素，使得層合板內(nèi)部出現(xiàn)各類缺陷，大大降低了層合板的強度和剛度。
由于復(fù)合材料的損傷失效問題過于復(fù)雜，解析方法受到數(shù)學(xué)工具的限制難以實現(xiàn)，而實驗也需要高昂的費用和時間成本難以廣泛應(yīng)用，隨著計算機計算能力的發(fā)展，數(shù)值方法成為處理復(fù)合材料層合板損傷問題的強力手段。Abaqus針對復(fù)合材料提供了專業(yè)的建模工具和損傷分析理論來模擬復(fù)合材料層合板在各種工況下的失效行為。
1. Abaqus建模工具
Abaqus中的composite layup組件，是一種非常便捷的復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)建模工具，其提供了三種常見的復(fù)合材料層合板模型，包括傳統(tǒng)殼、連續(xù)殼、和實體單元模型。傳統(tǒng)殼單元通過對殼的中性面進行離散，對于簡單的薄殼模型，其計算效率高，精度大；而連續(xù)殼單元間于傳統(tǒng)殼和實體殼單元之間，對三維實體進行離散，在涉及到接觸分析時其精度比傳統(tǒng)殼模型高；對于長厚比較小的層合板結(jié)構(gòu)通常需要使用實體單元來模擬。
2.損傷失效的仿真
復(fù)合材料層合板的失效主要包括面內(nèi)失效及層間失效兩種。面內(nèi)失效主要包括最大應(yīng)力準則、最大應(yīng)變準則、Tsai-Wu準則、Tsai-Hill準則、Puck準則、LaRC準則、Hoffman準則、Hashin準則等。最大應(yīng)力和最大應(yīng)變準則認為材料主方向上的應(yīng)力或應(yīng)變大于等于該方向上的強度時，材料發(fā)生破壞，其表達簡單，可直觀判斷失效模式，但是忽略了多種失效模式之間的耦合效應(yīng)。Tsai-Hill準則沒有考慮材料拉壓強度的不同且并未區(qū)分具體的失效模式，Hoffman準則改進了Tsai-Hill準則中未考慮拉壓強度不同的問題，Puck準則和LaRC準則分別考慮了基體和纖維的失效。
展開 【iSolver案例分享52】復(fù)合材料層合板彈性拉伸仿真
引言：復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能，廣泛用于各個領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)有限元軟件iSolver已發(fā)展到一定階段，現(xiàn)采用結(jié)構(gòu)有限元軟件iSolver進行結(jié)構(gòu)分析，iSolver可使用全自主的前后處理或者Abaqus作為前后處理工具。本文以標準復(fù)合材料層合板試樣的彈性拉伸仿真分析為例，采用Abaqus前后處理，模型分別輸入到iSolver求解器和Abaqus進行計算，并比對兩種有限元軟件的計算結(jié)果。
（1） 模型尺寸與網(wǎng)格
拉伸試件模型形狀為長方形，幾何尺寸根據(jù)聚合物基復(fù)合材料拉伸性能標準試驗方法確定，截面草圖如下圖所示。層合板單層厚度0.2mm，鋪層順序為，總厚度為1.6mm。
拉伸模型草圖尺寸
采用C3D8R單元對模型進行網(wǎng)格劃分，劃分結(jié)果如下圖所示。注意：由于層合板具有8層，因此對模型劃分網(wǎng)格時，厚度方向應(yīng)為8的倍數(shù)個網(wǎng)格，本案例中使用8個網(wǎng)格。
（2） 材料及單元屬性
由于復(fù)合材料層合板在宏觀表現(xiàn)為線彈性力學(xué)行為，因此本模型中只需要對其賦予彈性屬性，單層板的材料屬性如下圖所示。
單層板材料屬性
使用abaqus自帶的composite layup功能對幾何模型進行層合板設(shè)置，分別設(shè)置鋪層角度。
復(fù)合材料層合板設(shè)置
最后復(fù)合材料層合板模型可以通過查詢鋪層查看其鋪層信息，如下圖所示。
復(fù)合材料層合板鋪層信息
（3） 邊界條件
分別在兩個端面處建立參考點RP-1與RP-2，分別與兩個端面進行耦合約束，方便施加載荷約束與載荷位移曲線結(jié)果的提取。左端固定，右端施加沿x方向的拉伸載荷2mm。
展開 關(guān)鍵詞：ABAQUS VUMAT，低速沖擊，接觸力，失效，層合板
復(fù)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(huán)環(huán)相扣，缺一不可。
最近遇到很多學(xué)生都在做復(fù)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(shù)。
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(shù)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(yīng)曲線模擬出來，都很有難度。這是由接觸問題本身的復(fù)雜性以及試驗的分散性決定的。并且，顯示動力學(xué)求解速度慢，計算耗時長，仿真結(jié)果影響因素多。
因此，想把各個參數(shù)或者邊界條件都摸清楚，讓仿真能夠復(fù)現(xiàn)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(jié)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(jié)果。
模型與參數(shù)
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(zhuǎn)
材料是碳纖維復(fù)合材料，參數(shù)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(jié)點的厚度方向位移。
圖來源：譚建設(shè).復(fù)合材料層合板低速沖擊響應(yīng)的試驗研究與仿真分析[D].上海交通大學(xué),2014.
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層合板的相關(guān)專題、標簽、搜索
層合板的最新內(nèi)容
*復(fù)合材料損傷 MAT_054 (MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE)： 針對碳纖維層合板（CFRP），MAT_054利用Chang-Chang失效準則分別判斷基體與纖維的拉壓破壞。由于復(fù)合材料的極度脆性，單元失效極易引發(fā)應(yīng)力波的虛假反射。
該工作圍繞碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料層合板的低速沖擊行為，系統(tǒng)比較了不同損傷起始準則、損傷演化方法和界面模型的預(yù)測能力，旨在確定一種高精度的數(shù)值建模組合。
基于UMAT的蠕變變形仿真16天前
這就像，搞編織復(fù)合材料卻不懂層合板，懂金屬的晶體塑性力學(xué)，卻不懂最常見的JC彈塑性模型。有點像辟邪劍譜，練的快是快，但是沒有根基。
扯遠了，回到蠕變這個問題，我們采用唯象模型，簡單講就是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)擬合的蠕變模型。
復(fù)合材料建模：
提供單層板及復(fù)合層合板的靜/動力學(xué)模擬代碼，支持不同鋪層角度與各向異性屬性定義。
跨尺度耦合算法 (Hybrid Modeling)：
PD-FEM 有限元耦合：實現(xiàn) PD 區(qū)域（處理破壞）與 FEM 區(qū)域（提高計算效率）的無縫銜接。
耦合熱傳導(dǎo)分析：針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)問題，平衡計算精度與速度。
ABAQUS 纖維復(fù)合材料層合板鉆孔，采用puck失效準則，內(nèi)附CAE, inp, ODB, VUMAT子程序
可贈送快速建模插件及abaqus纖維復(fù)合材料學(xué)習(xí)資料，特別適合初學(xué)者！
其測試邏輯可概括為兩步：
第一步，通過標準化的落錘沖擊或準靜態(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，進行壓縮試驗直至失效，最終測定其壓縮殘余強度，以此判斷材料在受損后的結(jié)構(gòu)可靠性。
層合板低速沖擊仿真3個月前
本文我們結(jié)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(jié)果。
模型與參數(shù)
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。
無論是采用4層還是16層殼單元堆疊來模擬層合板厚度方向，仿真曲線與試驗曲線整體吻合良好。
仿真的沖擊峰值力分別為14,383 N（4層）和13,767 N（16層），與試驗峰值力（15,277N）的誤差分別為 5.22% 和 8.99%。這一結(jié)果充分證明了基于前述方法標定的 MAT_58 參數(shù)集能夠有效預(yù)測CFRP層合板在高速沖擊下的力學(xué)響應(yīng)。
最終，鋪層層級屬性被尺度傳遞到復(fù)合材料層合板屬性，并應(yīng)用于目標物理系統(tǒng)。
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Abaqus纖維復(fù)合材料層合板多次落錘沖擊仿真模型!采用多分析步的方式實現(xiàn)！
