分層損傷的案例
基于LS-DYNA的復合材料分層損傷仿真
在外載荷或其它如沖擊、溫度等外部因素作用下，往往會由于層間剪應力或層間拉應力超過其強度而引起層間脫粘破壞，即分層。分層是制約這類復合材料進一步廣泛應用的主要因素，因此層合復合材料分層問題得到材料和力學界的重視。為探究ANSYS LS-DYNA在復合材料界面分層損傷方面的應用，本文利用LS-PrePost建立了雙懸臂梁（Double Cantilever Beam，DCB）模型，以cohesive單元模擬界面，進行了復合材料分層損傷的仿真分析。
2 有限元分析
幾何模型如下圖所示，通過在上、下兩個懸臂梁之間的中面層布置Cohesive內聚力單元，從而對分層擴展進行預測，本模型設置層間單元厚度為0.05；將層合板左端固支（固定全部自由度），在另一自由端施加兩個沿厚度方向且方向相反、大小相等的速度位移。為建立預制裂紋，創(chuàng)建有限元模型后將該處單元進行提前刪除。
a/mm
h/mm
b/mm
w/mm
v/(mm/ms)
200
10.05
50
15
1
為方便施加邊界條件，首先建立相關的節(jié)點集合，包括模型固支端的節(jié)點集合，自由端上下表面線段上的節(jié)點集合。根據(jù)不同模型的不同部位賦予單元不同的材料屬性。
展開 ABAQUS后處理之提取分層損傷面積/分層面積/基體損傷面積（ABAQUS+Photoshop） ￥28
ABAQUS后處理之提取損傷面積（ABAQUS+Photoshop聯(lián)合使用）
為了定量描述損傷程度，提取載荷造成的損傷面積變得尤為重要，下面介紹損傷面積的提取方法。
1. 去除單元網(wǎng)格，以及邊緣
2. 突出顯示損傷區(qū)域，建立損傷與未損區(qū)域色差
3. 導出圖片
航空航天新復合材料…
常會因受到外來物撞擊而產(chǎn)生損傷。當撞擊能量低于某個水平時，雖然目視不能覺察到損傷，這種損傷可能導致強度顯著降低。復合材料結構在使用過程中，可能會因受到撞擊而產(chǎn)生各式各樣的損傷，可分為硬物體撞擊和軟物體撞擊損傷。
硬物體的撞擊往往是引起復合材料的局部損傷，可能導致復合材料強度明顯下降，甚至在短時間的疲勞過程中發(fā)生疲勞破壞。飛機起飛和著陸滑跑時跑道上的石子以及空中飛行時遇到冰雹，都可能使復合材料構件產(chǎn)生撞擊損傷；另外，在制造和維護過程中，不正確的維護行為，例如跌落工具的撞擊等也會使復合材料構件產(chǎn)生撞擊損傷。
軟物體的撞擊主要是指飛鳥的撞擊。這種撞擊有時直接造成結構破壞，有時只引起局部損傷。主要取決于撞擊物的質量、材料、撞擊速度、幾何形狀和撞擊時的偏斜角度。
2.3復合材料層間分層損傷
在面內軸向載荷作用下，沿著復合材料構件邊緣會產(chǎn)生層間應力或壓應力（垂直層合板平面方向）。如果外載荷（靜載荷）引起的層間應力是拉應力，并且超過了材料的層間強度，那么自由邊緣處將會產(chǎn)生分層。應當指出，當交變應力水平低于開始分層的靜應力水平時，在疲勞壽命初期也可能產(chǎn)生分層。
復合材料層合板的鋪層順序將決定在自由邊緣處產(chǎn)生的層間法向應力是拉應力還是壓應力。例如，[30/90]s層合板在拉伸載荷作用下，自由邊緣處產(chǎn)生的層間法向應力是拉應力，而在壓縮載荷作用下所產(chǎn)生的是壓應力，所以，[30/90]s層合板在拉伸載荷作用下，將產(chǎn)生廣泛的分層損傷，而在壓縮載荷作用下，不會產(chǎn)生如此嚴重的分層損傷。原因是它在壓縮載荷作用下，自由邊緣處的層間法向應力是壓應力。[90/30]s層合板在壓縮載荷作用下，自由邊緣處產(chǎn)生層間拉應力，所以它在壓縮載荷下產(chǎn)生分層損傷。另外，還應指出，兩個90°鋪層粘貼在一起，易在自由邊緣處引起分層損傷。
展開 技術鄰周報Q9：CAD/二次開發(fā)/COMSOL/光學/moldflow/優(yōu)化設計/LS-DYNA/復合材料/Python
12、基于LS-DYNA的復合材料分層損傷仿真
作者：
mech
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1810502
近年來，纖維增強復合材料因具有一系列優(yōu)點而廣泛應用于航空航天、汽車、船舶等各行各業(yè)之中。然而作為多相材料，其失效條件及模式往往很難確定。以復合材料層合板為例，這類結構層間性能取決于基體性能，因此層間材料性能很低，僅為纖維方向的幾十分之一。在外載荷或其它如沖擊、溫度等外部因素作用下，往往會由于層間剪應力或層間拉應力超過其強度而引起層間脫粘破壞，即分層。分層是制約這類復合材料進一步廣泛應用的主要因素，因此層合復合材料分層問題得到材料和力學界的重視。為探究ANSYS LS-DYNA在復合材料界面分層損傷方面的應用，本文利用LS-PrePost建立了雙懸臂梁（Double Cantilever Beam，DCB）模型，以cohesive單元模擬界面，進行了復合材料分層損傷的仿真分析。
13、不同材料的螺紋扭矩評估
作者：
楊曉木
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1810973
標準材料的螺紋扭矩，通常都有對應的標準定義。 對于較為特殊的材料的螺紋，其螺距究竟該如何評估定義呢？
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ANSYS采用界面單元用于復合材料分層模擬時，如何判斷損傷起始和完全分離
ANSYS采用界面單元用于復合材料分層模擬時，如何判斷損傷起始和完全分離
。官網(wǎng)案例也沒有給出說明，缺乏相應的理論說明。
ABAQUS導入初始場變量（預定義場）多次低速沖擊以及沖擊后壓縮 ￥38
（建議購買視頻，視頻內包含此帖子）
導入效果圖如下：
導入的損傷云圖
導入的應力場
導入的位移場
分層損傷的導入
1. 計算完成后，新建一個ABAQUS 窗口，切記與上一步計算的ODB文件在同一個文件夾下，導入Part部件
利用cohesive element技術模擬DCB實驗--通用靜力分析
供學習研究復合材料分層損傷的朋友參考·····探索好久！不收斂問題的來源很大一部分是復合材料參數(shù)設置·····
Job-DCB-new.rar
『分享』復合材料層壓板疲勞壽命預測方法
對于以分層破壞為主控因素的層壓板, 基于層間應力的計算結果, 用計算面內累計損傷的
方法計算分層損傷, 層壓板的壽命等于分層擴展壽命和分層后子層板剩余壽命之和. 考慮分層擴展
后, 層壓板的壽命預測結果得到明顯改善.
復合材料層壓板疲勞壽命預測方法.PDF
SAMCEF 2007年到2011年英文論文集
其技術特點包括利用求解器Mecano實現(xiàn)準確求解復合材料板的后屈曲分析；復合材料的分層損傷模擬，包括分層臨界面的確定，過程分析以及極限載荷的計算等；對復合材料結構進行優(yōu)化設計包括層次順心優(yōu)化，質量，機構和形狀優(yōu)化等[1] 。
其主要功能包括：提供豐富的材料庫；豐富的單元庫；包含失效準則；粘結單元；提供多種結構分析類型；鋪層優(yōu)化設計；強大的前處理功能；強大的后處理功能[2] 。
2.SAMCEF For Rotors：一個針對旋轉機械的轉子動力學專業(yè)軟件，它通過對轉子、定子和連接部件等結構的臨界轉速和動力學響應分析，評價和預估結構的動力學穩(wěn)定性和設計可靠性。SAMCEF Rotors在航空發(fā)動機、空氣壓縮機、汽輪機、離心機和渦輪泵等工業(yè)領域有著廣泛應用，并在這些領域的轉子力學分析中占有主導地位，是世界范圍內最著名的商用轉子動力學軟件。
3.SAMCEF For Wind Turbines：創(chuàng)新性的專業(yè)解決方案，專注于機電風力渦輪系統(tǒng)的建模、分析和仿真，同時還結合了結構、機構和控制器模型。
4.CAESAM: 結構設計數(shù)據(jù)管理和流程自動化平臺: 有效幫助企業(yè)縮短產(chǎn)品周期,實現(xiàn)全局統(tǒng)籌管理,大力提高工作效率,從而快速提高企業(yè)競爭力.
5.SAMCEF For Machine Tools：創(chuàng)新性的專業(yè)解決方案，專注于機床設計，同時結合了結構、機構和控制器組件分析。
6.SAMCEF For Robots：創(chuàng)新性的專業(yè)解決方案，專注于機器人技術應用，同時結合了結構、機構和控制器組件分析。
7.SAMCEF For Transmissions：創(chuàng)新性的專業(yè)解決方案，專注于傳動系統(tǒng)和動力驅動系統(tǒng)（例如傳動箱、直線電機及滾珠絲杠等）的建模和仿真。
展開 samcef 復合材料介紹
Samcef mecano可以準確求解復合材料板的后屈曲分析；可以進行復合材料的分層損傷模擬，包括分層臨界面的確定，過程分析以及極限載荷的計算等；可以對復合材料結構進行優(yōu)化設計包括層次順心優(yōu)化，質量，機構和形狀優(yōu)化等。
2.功能介紹：
失效準則：為強度校核提供多種準則，包括最大應力和最大應變，Tsai-Hill，Tsai-Wu，Hoffman，Hashin，Rice and Tracey準則等，同時用戶也可以自定義失效準則。
豐富的材料庫： 提供了多種材料的定義，包括：
2
線彈性材料
2
夾雜等效模型
2
超彈性材料
2
彈塑性，粘彈性和粘塑性材料等
2
壓電材料
2
用戶自定義材料模型。
豐富的單元庫： 針對復合材料的三種不同工藝，纏繞，層疊以及夾心結構，提供相應單元模擬，包含平面應變單元，2D軸對稱單元和3D單元。
粘結單元：針對層合結構，包含Cohesive elements單元的定義，可以用于復合材料的層間撕裂和損傷分析。對于這類問題，軟件提供了如下功能：
2
界面單元和損傷評估法則
2
非線性問題計算
2
裂紋擴展
2
最大臨界載荷的評估
2
斷裂問題中的殘余剛度計算
復合材料的結構分析類型：針對復合材料結構進行一下問題的分析，
2
線性靜力分析
2
模態(tài)分析
2
線性屈曲分析
2
線性熱分析
2
非線性靜力分析
2
非線性屈曲分析
2
非線性熱學分析
2
優(yōu)化設計等
強大的前處理功能：可以用來定義復合材料的特性，包括單層創(chuàng)建及鋪層定義。在軟件中可以很容易的定義復合材料各層的順序，厚度，纖維的方向以及夾角。同時可對已定義的材料層進行迅速的復制和編輯，而且可在視窗中顯示。
展開 基于Abaqus的vumat進行纖維增強復合材料漸進損傷與失效仿真
對于層內損傷：采用經(jīng)驗模型雙曲正弦函數(shù)建立復材剪切非線性關系，如下圖所示：
復合材料剪切非線性模型
采用3D Hashin (也可以是Chang-Chang, 最大應力, Puck準則等等)模擬復合材料初始失效：
在正交各向異性剛度矩陣中引入纖維和基體損傷變量的：
其中dft，dfc ，dmt，dmc分別為表征纖維拉伸，纖維壓縮，基體拉伸和基體壓縮這四種損傷模式的損傷變量，E 和μ 分別為彈性模量和泊松比，Smt和Smc 分別為復合材料基體拉剪耦合和壓剪耦合系數(shù)；定義等效應力和等效位移：
其中l(wèi)c為特征單元長度。采用線性剛度退化形式定義材料的等效應力和損傷變量，如下圖所示，關于等效應力應變的損傷演化方式如下：
復合材料損傷演化
利用Cohesive單元模擬復合材料分層損傷，采用二次應力準則作為損傷初始判據(jù)和混合能量演化B-K準則作為損傷演化準則。使用ABAQUS的VUMAT接口完成復合材料本構模型的編寫。
展開 
samcef
其技術特點包括利用求解器Mecano實現(xiàn)準確求解復合材料板的后屈曲分析；復合材料的分層損傷模擬，包括分層臨界面的確定，過程分析以及極限載荷的計算等；對復合材料結構進行優(yōu)化設計包括層次順心優(yōu)化，質量，機構和形狀優(yōu)化等[1] 。
其主要功能包括：提供豐富的材料庫；豐富的單元庫；包含失效準則；粘結單元；提供多種結構分析類型；鋪層優(yōu)化設計；強大的前處理功能；強大的后處理功能[2] 。
2. SAMCEF For Rotors：一個針對旋轉機械的轉子動力學專業(yè)軟件，它通過對轉子、定子和連接部件等結構的臨界轉速和動力學響應分析，評價和預估結構的動力學穩(wěn)定性和設計可靠性。SAMCEF Rotors在航空發(fā)動機、空氣壓縮機、汽輪機、離心機和渦輪泵等工業(yè)領域有著廣泛應用，并在這些領域的轉子力學分析中占有主導地位，是世界范圍內最著名的商用轉子動力學軟件。
從設計初期到最終驗證，SAMCEF Rotors幫助用戶輕松建模并獲得理想的計算結果：（1）1D模型由梁-彈簧-集中質量組成，實現(xiàn)轉子的總體動力學特性的快速計算；（2）輕松構建3D模型，精確體現(xiàn)3D轉子細節(jié)，讓計算結果更加可靠。
SAMCEF Rotors不僅為以上兩種傳統(tǒng)的建模類型提供高易用高可靠的計算，還支
持一些特殊的建模方法如：（1）集合了方便建模，節(jié)約時間，提高精度等優(yōu)點的2D多諧波傅里葉模型：通過對2D軸對稱模型的各個方位角的計算，得到完整的3D結果。 （2）適用于有多段且每段的旋轉角度都不同或者不同段通過特殊單元連接的循環(huán)對稱模型：創(chuàng)建轉子的一個扇區(qū)的循環(huán)對稱模型，然后將得到的結果外推到整個結構上，從而得到轉子整體的動力學特性。
所有模擬方法都包含：軸承庫，擠壓油膜阻尼器，齒輪等等，可以在同一個模型上可以做穩(wěn)定性分析，諧響應分析或者瞬態(tài)分析。
展開 SAMCEF MECANO
復合材料的分層損傷分析：包括分層臨界面的確定、分層過程分析以及極限載荷的計算，還可進行以研究裂紋擴展研究。
復合材料參數(shù)化設計：可以對復合材料結構進行優(yōu)化設計，包括鋪層層數(shù)及順序優(yōu)化、質量優(yōu)化、結構優(yōu)化和形狀優(yōu)化。
復合材料失效準則：包括最大應力和最大應變、Tsai-Hill、Tsai-Wu、Hoffman、Hashin、Hoffman、Rice and Tracey準則等，同時用戶也可以自定義失效準則。
abaqus復合材料應用
實例操作:
1.復合材料層結構的三種常用建模方法、靜力分析中強度準則和損傷判據(jù)的引入、數(shù)據(jù)輸入與輸出
2.層合結構的熱-力耦合分析
3.基于虛裂紋閉合技術(VCCT)的分層擴展模擬
4.基于cohesive單元的分層/界面損傷擴展模擬
5.基于XFEM方法的裂紋擴展模擬
6.復合材料加筋板的壓潰分析
7.面內剪切載荷作用下的加筋板的承載能力預測
8.復合材料加筋板剪切失效模擬
9.顆粒增強金屬基復合材料結構建模、拉伸過程及失效分析
10.短纖維增強復合材料結構建模、胞元分析技術
11.復合材料加筋板自由振動分析
12.復合材料加筋板低速沖擊過程模擬
13.低速沖擊損傷的復合材料加筋板剩余壓縮強度計算
14.高速沖擊模擬
15.基于MATLAB的變角度鋪絲復合材料層合結構建模
16.基于Python的參數(shù)化建模及插件實例
17.基于UMAT接口子程序的材料彈塑性分析
18.基于UMAT接口子程序的材料粘彈性分析
19.基于USDFLD復合材料層合板的損傷分析
【abaqus復合材料】——第13期
（無限次回放視頻+班級微信群+案例模型+講義資料）
1、靜力分析和損傷、層合結構的熱-力耦合分析、
2、纖維增強復合材料層合板分層、界面損傷與xfem裂紋擴展
3、顆粒/短纖維拉伸與失效、胞元分析
4、復合材料加筋板壓潰、承載能力預測、剪切失效模擬
5、ABAQUS二次開發(fā)：以MATLAB、PYTHON及子程序和FORTRAN的二次開發(fā)方式為例
6、自由振動、動力響應分析、高低速沖擊、沖擊損傷加筋板剩余壓縮強度計算
7、abaqus復合材料 論文寫作及學術交流
【復合材料實例】老司機帶你玩轉abaqus！
展開 復合材料有限元分析中如何計算損傷包絡面積？（附工具） ￥500
執(zhí)行后的結果如下：
除了面內損傷，還可以看表征分層損傷的變量QUADSCRT和SDEG
目前僅提供Abaqus6.13 、Abaqus6.14、Abaqus2017、Abaqus2018四個版本的執(zhí)行程序（非源代碼），其他版本Abaqus無法保證可用。
上述版本的插件執(zhí)行代碼為付費內容咯，點擊購買可直接下載插件及測試模型。
【注】本文首發(fā)“復合材料力學”微信公眾平臺及“技術鄰”，未經(jīng)允許請勿轉發(fā)。
