層合殼的案例
Abaqus纖維復合材料層合板拉伸仿真模型-連續殼 ￥25
Abaqus纖維復合材料層合板拉伸仿真模型!
模擬過程采用連續殼
內附cae，inp文件及ODB文件，操作教學視頻
小球沖擊復合材料層合板（殼模型）有限元分析教程
說明
本教程為小球低速沖擊復合材料的有限元分析教程，層合板使用的是平面殼單元模型，可以直接由Abaqus自帶的鋪層模塊進行建模，建模比較方便，計算速度快，但是缺點也很明顯，殼單元無法添加二維hashin準則，從而無法得到損傷結果，同時仿真精度較差。
要想得到更加符合實際的結果，應當建立三維實體有限元模型，使用這種方法可以添加二維hashin準則，進一步的可以通過子程序vumat添加三維hashin準則，結果中可以得到每一層復材的損傷破壞模式。但是這種方法的缺點是建模復雜，尤其是當層數較多時，包括幾何建模、材料屬性賦值等的操作步驟很繁瑣，同時這種方法的計算速度也比較慢。
針對此問題，本工作室開發了Lamigen.exe的程序，可以通過指定一系列參數，一鍵生成復材層合板的inp文件，指定的參數分別為層合板長度、寬度、單層厚度、層數、鋪層角度以及彈性常數，使用該程序生成的復材結構如下圖所示。如果大家有需要，歡迎添加320科技工作室的管理員微信號：CAE320。
圖一 沖擊結果展示（1）
圖二 沖擊結果展示（2）
本教程的PDF文件、原始cae（6.13版本）和inp文件均發布在微信公眾號：320科技工作室，關注后回復“沖擊復合材料”獲取百度云鏈接。
展開 【JY】Abaqus殼單元概述與應用（一）
層間應力評估：對于復合材料層合殼，層間應力（特別是層間剪切應力）是評估結構性能的重要指標。常規殼單元由于忽略了厚度方向的剪切變形，可能無法準確預測層間應力。在這種情況下，應使用連續殼單元或連續實體方法，以獲得更準確的層間應力結果。
薄膜應力與彎曲應力的區分：殼單元結果通常可以分解為薄膜應力（平面內應力）和彎曲應力（厚度方向應力）。在評估結構性能時，應分別考慮這兩種應力分量，特別是對于薄壁結構，彎曲應力可能占主導地位。
結果驗證方法：為確保殼單元分析結果的準確性，應進行網格敏感性分析和結果驗證。可以通過比較不同網格密度下的結果、與解析解或實驗數據對比，或使用更精確的實體單元模型進行驗證。對于高精度分析，這些驗證步驟尤為重要。
完
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展開 Abaqus纖維復合材料層合板三點彎曲仿真模型!-連續殼 ￥30
Abaqus纖維復合材料層合板三點彎曲仿真模型!
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abaqus單元類型
殼單元（S）； 實體單元（C）； 梁單元（B）； 桁架單元（T）； 剛體單元（R）。 2.殼單元(S) 殼單元：可以模擬有一維尺寸（厚度）遠小于另外兩維尺寸，且垂直于厚度方向的應力可以忽略的結構。 一般殼單元：S4R,S3R,SAX1,SAX2,SAX2T。對于薄殼和厚殼問題的應用均有效，且考慮了有限薄膜應變； 薄殼單元：STRI3,STRI35,STRI65,S4R5,S8R5,S9R5,SAXA。強化了基爾霍夫條件，即：垂直于殼中截面的平面保持垂直于中截面； 厚殼單元：S8R,S8RT。二階四邊形單元，在小應變和載荷使計算結果沿殼的跨度方向上平緩變化的情況下，比普通單元產生的結果更精確； 對于給定的應用，判斷是屬于薄殼還是厚殼問題，一般：如果單一材料制造的各向同性殼體的厚度和跨度之比在1/20－1/10之間，認為是厚殼問題；如果比值小于1/30，則認為是薄殼問題；若介于1/30－1/20之間，則不能明確劃分。由于橫向剪切柔度在復合材料層合殼結構中作用顯著，故比值（厚跨比）將遠小于“薄”殼理論中采用的比值。具有高柔韌中間層的復合材料（“三明治”復合材料）有很低的橫向剪切剛度并且幾乎總是被用來模擬“厚”殼； 橫向剪切力和剪切應變存在于普通殼單元和厚殼單元中。對于三維單元，提供了可估計的橫向剪切應力。計算這些應力時忽略了彎曲和扭轉變形的耦合作用，并假定材料性質和彎曲力矩的空間梯度很小； 殼單元可以使用每個單元的局部材料方向，各項異型材料的數據，如纖維增強復合材料，以及單元輸出變量，如應力和應變，都按局部材料方向而定義。在大位移分析中，殼單元上的局部材料軸隨著材料各積分點上的平均運動而轉動； 線性、有限薄膜應變、四邊形殼單元（S4R）是較完備的而且適合于普通范圍的應用； 線性、有限薄膜應變、三角形殼單元（S3R）可作為通用的殼單元來應用。
展開 你不知道的CAE小常識（三）、（四）
Shell 99 —— 線性結構殼單元，用于較小或中等厚度復合材料板或殼結構，一般長度方向和厚度方向的比值大于10；
Shell 91 —— 非線性結構殼單元，這種單元支持材料的塑性和大應變行為； Shell 181—— 有限應變殼單元，這種單元支持幾乎所有的包括大應變在內的材料的非線性行為；
Solid 46 —— 三維實體結構單元，用于厚度較大的復合材料層合殼或實體結構； Solid 191—— 三維實體結構單元，高精度單元，不支持材料的非線性和大變形。
（2） 定義層屬性配置
主要是定義單層的層屬性，對于纖維增強復合材料，在這里可以定義單層厚度、纖維方向等。
（3） 定義失效準則
支持多種失效準則，不過我還是沒有用他，而是自己寫了通過應力結果采用二次蔡胡準則程序來判斷的。
（4） 其他的一些建模技巧和后處理指導
在我的分析工作中，主要采用了三維實體結構單元。
關于Solid 46單元
（1） Solid 46是用于模擬復合材料厚殼或實體的8節點三維層合結構單元，單元節點有x,y和z方向三個結構自由度，單元允許最多250層不同的材料；
（2） 這種單元的定義包括：8個節點、各層厚度、各層材料方向角和正交各項異性材料屬性，其中每層可以為面內兩個方向雙線性的不等厚層；
（3） 在材料定義時，只需定義材料主方向和材料坐標系（單元坐標系）一致的材料參數，不一致的復合材料層通過定義材料方向角（該層材料主方向和材料坐標系所成的角度）由程序自動轉換；
（4） 通過選擇不同的層直接在單元坐標下獲取單元應力，包括三個方向的應力和面內剪切應力，而不需要通過應力應變的轉換來獲取；
展開 碳纖維復合材料的應力-應變關系
圖2 三個單向拉伸和三個純剪切試驗示意圖
復合材料層合板或層合殼中，單層的材料主方向往往和參考坐標軸不一致，如圖4.4 所示，因此需要把材料主方向坐標系和參考坐標系下的應力應變進行轉換，由此獲得非材料主方向復合材料單層的應力-應變關系。轉化的原則為：取任意需要的單元，把單元上的受力分解到參考坐標系中，然后再把剛才分解的力分別分解到材料主方向坐標系中，然后把分解好的力，按著方向進行疊加，得到材料主方向上的力，然后把得到的每個力除以垂直于該力的截面積，就得到材料主方向上的應力，因其復雜性，其具體公式不做闡述。
圖3 材料主方向坐標系和參考坐標系
（來源：中國材料研究學會）
展開 ABAQUS單元的選擇
2、殼單元的選擇
（1）對于需要考慮薄膜作用或含有彎曲模式沙漏的問題以及平面彎曲的問題，當希望得到更精確的解答時，可使用ABAQUS/Standard中的線性、有限薄膜應變、完全積分的四邊形殼單元（S4）。
（2）線性、有限薄膜應變、減縮積分、四邊形殼單元（S4R）是強健的，而且應用很廣。
（3）線性、有限薄膜應變、三角形殼單元（S3/S3R）可作為通用目的的殼單元使用。因為在單元中是常應變的近似場，所以求解彎曲變形或者高應變梯度時可能需要精細的網格劃分。
（4）在復合材料層合殼模型中，考慮到剪切變形的影響，采用適合于模擬厚殼問題的單元（S4, S4R, S3/S3R, S8R），并檢驗是否滿足平截面保持平面的假定。
（5）四邊形或三角形的二次殼單元用于一般的小應變薄殼是很有效的，這些單元對于剪力自鎖或薄膜自鎖都不敏感。
（6）對于規模非常大但公經歷幾何線性行為的模型，使用線性、薄殼單元（S4R5）通常比通用目的的殼單元更節約計算成本。
（7）對于包含任意的大轉動和小薄膜應變的顯式動態問題，小薄膜應變單元很有效。
3、梁單元的選擇
（1）在任何包含接觸的模擬中，應該使用一階剪切變形梁單元（B21, B31）。
（2）如果橫向剪切變形是非常重要的，則采用Timoshenko二階梁單元（B22, B32）。
（3）如果結構非常剛硬或者非常柔軟，在幾何非線性模擬中，則應當使用ABAQUS/Standard中的雜交梁單元（B21H, B32H等）。
展開 Abaqus單元的選擇
2、殼單元的選擇
（1）對于需要考慮薄膜作用或含有彎曲模式沙漏的問題以及平面彎曲的問題，當希望得到更精確的解答時，可使用ABAQUS/Standard中的線性、有限薄膜應變、完全積分的四邊形殼單元（S4）。
（2）線性、有限薄膜應變、減縮積分、四邊形殼單元（S4R）是強健的，而且應用很廣。
（3）線性、有限薄膜應變、三角形殼單元（S3/S3R）可作為通用目的的殼單元使用。因為在單元中是常應變的近似場，所以求解彎曲變形或者高應變梯度時可能需要精細的網格劃分。
（4）在復合材料層合殼模型中，考慮到剪切變形的影響，采用適合于模擬厚殼問題的單元（S4, S4R, S3/S3R, S8R），并檢驗是否滿足平截面保持平面的假定。
（5）四邊形或三角形的二次殼單元用于一般的小應變薄殼是很有效的，這些單元對于剪力自鎖或薄膜自鎖都不敏感。
（6）對于規模非常大但公經歷幾何線性行為的模型，使用線性、薄殼單元（S4R5）通常比通用目的的殼單元更節約計算成本。
（7）對于包含任意的大轉動和小薄膜應變的顯式動態問題，小薄膜應變單元很有效。
3、梁單元的選擇
（1）在任何包含接觸的模擬中，應該使用一階剪切變形梁單元（B21, B31）。
（2）如果橫向剪切變形是非常重要的，則采用Timoshenko二階梁單元（B22, B32）。
（3）如果結構非常剛硬或者非常柔軟，在幾何非線性模擬中，則應當使用ABAQUS/Standard中的雜交梁單元（B21H, B32H等）。
（4）在ABAQUS/Standard中的（Euler-Bernoulli）三次梁單元（B23，B33）模擬承受分布載荷作用的梁有很高的精度，例如動態振動分析。
（5）在ABAQUS/Standard中，模擬開口薄壁橫截面的結構應該采用那些應用了開口橫截面翹曲理論的梁單元（B31OS, B32OS）。
展開 圓柱殼沖擊動力學及耐撞性設計
目錄
前言
第一章 緒論
1.1 結構的耐撞性和吸能元件
1.2 圓柱殼軸向沖擊吸能的研究
1.3 圓柱殼結構在碰撞安全領域的應用
1.4 各類吸能結構的研究
參考文獻
第二章 圓柱殼軸向沖擊吸能實驗
2.1 圓柱殼軸向沖擊吸能特點及主要實驗裝置
2.2 落錘式沖擊實驗系統及原理
2.3 圓柱殼軸壓吸能準靜態實驗
2.4 圓柱殼軸向壓縮實驗控制原理
參考文獻
第三章 復合材料圓柱殼撞擊吸能特性
3.1 引言
3.2 復合材料圓柱管試件
3.3 復合材料圓柱管軸向壓縮歷程
3.4 能量吸收特性參數
3.5 復合材料管軸壓破壞模式及吸能機理
3.6 雙倒角引發方式效能
3.7 纖維纏繞角度對能量吸收的影響
3.8 撞擊與準靜態吸能特性比較
3.9 復合材料圓柱管吸能特性的影響因素
參考文獻
第四章 復合材料圓柱殼軸壓分析
4.1 引言
4.2 復合材料圓柱殼軸壓能量吸收模型
4.3 纖維纏繞復合材料圓柱殼的彈性常數
4.4 層合殼的屈曲分析
4.5 軸向壓縮位移
4.6 能量吸收能力分析
4.7 基于流變模型的穩態壓縮分析
參考文獻
第五章 復合材料圓柱殼軸向沖擊響應
5.1 引言
5.2 彈性系統的動態穩定性
5.3 復合材料圓柱殼的動態響應
5.4 應力波基本理論
5.5 基于應力波理論的等效破壞模型
5.6 軸向撞擊力的簡化
參考文獻
第六章 復合材料圓柱殼偏軸壓縮性能
6.1 引言
6.2 復合材料圓柱管偏軸壓縮實驗
6.3 壓縮性能分析
6.4 偏軸壓縮吸能性能分析
參考文獻
第七章 復合材料圓柱殼耐撞性設計
7.1 引言
7.2 理論預報與設計
7.3 有限元分析及設計
7.4 其他優化設計方法
7.5 復合材料結構吸能數據庫
7.6 基于一體化分析的耐撞性設計
7.7 圓柱殼吸能結構在航天回收系統中的設計及應用
7.8 圓柱殼吸能結構在車輛碰撞安全中的應用及設計
展開 Ansys復合材料結構分析總結（概述篇）
Shell 99 —— 線性結構殼單元，用于較小或中等厚度復合材料板或殼結構，一般長度方向和厚度方向的比值大于10；
Shell 91 —— 非線性結構殼單元，這種單元支持材料的塑性和大應變行為； Shell 181—— 有限應變殼單元，這種單元支持幾乎所有的包括大應變在內的材料的非線性行為；
Solid 46 —— 三維實體結構單元，用于厚度較大的復合材料層合殼或實體結構； Solid 191—— 三維實體結構單元，高精度單元，不支持材料的非線性和大變形。
（2） 定義層屬性配置
主要是定義單層的層屬性，對于纖維增強復合材料，在這里可以定義單層厚度、纖維方向等。
（3） 定義失效準則
支持多種失效準則，不過我還是沒有用他，而是自己寫了通過應力結果采用二次蔡胡準則程序來判斷的。
（4） 其他的一些建模技巧和后處理指導
在我的分析工作中，主要采用了三維實體結構單元。
關于Solid 46單元
（1） Solid 46是用于模擬復合材料厚殼或實體的8節點三維層合結構單元，單元節點有x,y和z方向三個結構自由度，單元允許最多250層不同的材料；
（2） 這種單元的定義包括：8個節點、各層厚度、各層材料方向角和正交各項異性材料屬性，其中每層可以為面內兩個方向雙線性的不等厚層；
（3） 在材料定義時，只需定義材料主方向和材料坐標系（單元坐標系）一致的材料參數，不一致的復合材料層通過定義材料方向角（該層材料主方向和材料坐標系所成的角度）由程序自動轉換；
（4） 通過選擇不同的層直接在單元坐標下獲取單元應力，包括三個方向的應力和面內剪切應力，而不需要通過應力應變的轉換來獲取；
論壇問答：
Q：ANSYS如何處理失效后的材料退化呢？
展開 
算例丨基于ABAQUS的復合材料薄壁圓筒屈曲分析
考慮到在復合材料層合殼模型中剪切柔度的影響，可采 用厚殼單元 S4R 來模擬它。所得到的模型如圖所示：
圖 3-3 模型網格圖
3.2.2 計算結果分析
在 JOD 模塊中建立屈曲分析模塊進行分析，可得到薄壁圓筒的六階屈曲失 穩載荷因子。
表 2 各階模態的屈曲載荷因子
模態
屈曲載荷因子
1
48.015
2
48.015
3
48.98
4
48.981
5
50.188
6
50.188
則取第一階模態的屈曲載荷因子計算臨界載荷。由屈曲載荷因子與臨界載荷的關系：
Pcr = λ ? p
當對薄壁圓筒施加 48.015N/mm 的邊載時，圓筒將屈曲失穩。對應的各階模態云圖如下所示：
模態1位移軸向和截面方向云圖
模態2位移軸向和截面方向云圖
模態3位移軸向和截面方向云圖
模態 4 位移軸向和截面方向云圖
模態 5 位移軸向和截面方向云圖
模態 6 位移軸向和截面方向云圖
圖 3-4 各階模態云圖
由上圖可以看出當施加一階模態的載荷時，圓筒已經屈曲失穩。所以保留一 階的臨界載荷更有現實意義。
4.總結
由算例的計算過程可以得到屈曲載荷因子的大小與劃分的網格數和網格類 型有關，網格劃分過小會導致計算步驟過多影響計算速度甚至無法計算出結果， 網格過大導致結果不精確。所以在選擇網格時應選擇適當選擇類型和大小。
文章來源：CAE仿真學社
展開 ABAQUS網格劃分
如下圖
殼單元類型選擇
A 對于薄殼問題，常規殼單元的性能優于連續體殼單元；對于接觸問題，連續體殼單元的計算結果更加精確，因為它能在雙面接觸問題中考慮厚度的變化。
1 當要求解十分精確時，可使用線性、有限薄膜應變、完全積分的四邊形殼單元（S4），這個殼單元十分適合于要考慮膜作用或有彎曲模式沙漏的問題，也適合于有變形彎曲的問題。
2 線性、有限薄膜應變、縮減積分、四邊形殼單元（S4R）性能穩定，適合范圍很廣。
3 線性、有限薄膜應變、三角形殼單元（S3/S3R）可作為一般的殼單元來應用。
因為在單元內部是常應變近似場，求解彎曲變形喝高應變梯度問題時需精細的網格。
4 考慮到在復合材料層合殼模型中剪切肉度的影響，可采用厚殼單元（S4、S4R、S3/S3R、S8R）來模擬它，此時需檢驗平面假定是否滿足。
5 四邊形或三角形的二次殼單元，對一般的小變形薄殼來說很有效，它們對剪力鎖閉和薄膜鎖閉不敏感。
6 如果在接觸分析中一定要用二階單元，不要選用二階三角形殼單元（STRI65），而要采用9節點的四邊形殼單元（S9R5）。
7 對于幾何線性的，但規模規模又非常大的模型，線性薄殼單元（S4R5）通常將比一般殼單元效率更高。
8 在ABAQUS/Explicit中，如果包含任意大轉動喝小薄膜應變，應先用小薄膜應變單元。
展開 聚氨酯復合材料電桿的結構設計與分析
葉片材料性能的有限元模型
荷載
例：仍以某核電站旁的3米直徑煙囪為例進行說明：計算在受到龍卷風襲擊時的風壓：
龍卷風的最大風速： 80米/秒；最大旋轉半徑：98米；
不同的風向所引起的煙囪不同部位的風壓效應不同
煙囪中部的風載計算
0度攻角中部煙囪及反應殼整體速度分布圖
0度攻角中部煙囪及反應殼整體壓強圖
?將以上FLUENT計算風壓結果，導入到MATLAB中，進行函數擬合。
?將風壓以函數形式施加到煙囪相應節點上，模擬風對煙囪的風載效應。
自重+ 90?攻角風載作用下的計算模型圖
結構失效判斷準則
?有限元方法可用有不同的結構失效判斷準則。例如，可以按照強度、剛度（變形）、穩定等問題選擇不同的安全系數；
?強度分析除選擇安全系數外，可按照強度比的方法來判斷結構是否失效。
強度分析準則－強度比
?由Tsai-Wu應力準則演化而來的。該準則一個重要的特征是：考慮了結構復雜應力狀態，以及復合材料力學性能，尤其是考慮了拉伸強度與壓縮強度的區別 。
圖中列舉了復合材料層合殼中某結構層的強度比倒數分布云圖，其中最小的強度比為：R =2.33 > 1.6
風力葉片主梁的強度比
最大強度比倒數為0.117828，也即最小強度比為8.5，位于主梁層上。
展開 ANSYS知識普及10——如何分析復合材料（1）（ANSYS專家編輯，非原創，歡迎轉摘）
Shell 99 —— 線性結構殼單元，用于較小或中等厚度復合材料板或殼結構，一般長度方向和厚度方向的比值大于10；
Shell 91 —— 非線性結構殼單元，這種單元支持材料的塑性和大應變行為；
Shell 181—— 有限應變殼單元，這種單元支持幾乎所有的包括大應變在內的材料的非線性行為；
Solid 46 —— 三維實體結構單元，用于厚度較大的復合材料層合殼或實體結構；
Solid 191—— 三維實體結構單元，高精度單元，不支持材料的非線性和大變形。
（2） 定義層屬性配置
主要是定義單層的層屬性，對于纖維增強復合材料，在這里可以定義單層厚度、纖維方向等。
（3） 定義失效準則
支持多種失效準則，不過我還是沒有用他，而是自己寫了通過應力結果采用二次蔡胡準則程序來判斷的。
失效準則用于獲知在所加載荷下，各層是否失效。用戶可從三種預定義好了的失效準則中選擇失效準則，或者自定義多達六種的失效準則。三種預定義失效準則是：
最大應變失效準則，它允許有九個失效應變；
最大應力失效準則，它允許有九個失效應力；
Tsai-Wu失效準則，它允許有九個失效應力和三個附加的耦合系數。有兩種方式可用以計算這種準則，詳見《ANSYS Theory Reference 》式(14.99-35)和式(14.99-36)。
失效應變、應力和耦合系數可以是與溫度相關的。《ANSYS Elements Reference》中有每種準則所需數據的詳細介紹。通過TB命令族或FC命令族指定失效準則。
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