復合材料損傷演化的案例
ABAQUS-纖維強化復合材料的損傷演化和網格移動
ABAQUS-纖維強化復合材料的損傷演化和網格移動.doc
濕熱環境下碳纖維復合材料宏-細觀損傷演化Vumat子程序。
濕熱環境下碳纖維復合材料宏-細觀損傷演化Vumat子程序。 感興趣的話和我私聊吧！
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：采用經驗模型雙曲正弦函數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；定義等效應力和等效位移：
其中lc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 平紋復合材料VUMAT子程序本構介紹（hashin準則及線性損傷演化方法）
單向復合材料在層內只有一個方向的纖維，然而對于平紋復合材料在層內具有經向和緯向兩個方向交織的纖維束。因此在建立均質化模型時，平紋復合材料的剛度矩陣，損傷起始準則，損傷演化方法以及退化的剛度矩陣與單向復合材料具有明顯的差異。主要體現為平紋復合材料在面內的兩個方向均有纖維，因為對于平紋復合材料的失效模式主要有：經向拉伸/壓縮損傷，緯向拉伸/壓縮損傷以及厚度方向上的拉伸/壓縮損傷,此外還可以通過在層間插入cohesive單元考慮層間分層失效。接下來主要介紹層內的損傷本構關系。
1. 平紋復合材料損傷剛度矩陣
（1）
（2）
（3）
其中，d代表損傷系數，L、T以及Z代表三個垂直的方向，t、c代表拉伸，壓縮損傷，例如dlt代表縱向拉伸損傷。
2. 損傷起始準則（hashin準則）
(4)
其中，f1t,f1c代表縱向纖維拉伸和壓縮損傷，f2t,f2c代表橫向纖維拉伸和壓縮損傷，f3代表厚度方向上的失效，其中應變大于0時為拉伸失效，小于0時為壓縮失效。
3. 損傷后損傷演化模型（線性退化模型）
（5）
當滿足損傷起始準則后，損傷演化開始起作用。
展開 
復合材料結構設計知識共享系列之二復合材料沖擊損傷的來龍去脈
1 引言
貫穿碳纖維增強復合材料研究最引人注目的是其沖擊損傷問題，無論是相關的材料（包括纖維和樹脂）研究，結構設計的重點還是工藝制造和維護問題，碳纖維復合材料一進入解決輕量化需求的高端應用，遇到的技術關鍵就是沖擊損傷，本文試圖還原復合材料沖擊損傷問題的來龍去脈。
回顧碳纖維應用的發展史，大家都知道英國羅羅公司是第一個試圖把碳纖維用于高端應用——在1967年開始研制飛機發動機進氣風扇葉片的吃螃蟹者，當然失敗的原因很多，但很重要的一個原因是復合材料葉片沒有通過外來物沖擊的考驗，致使英國在碳纖維復合材料發展中失去了先機，退出了領先的地位。1970年代初國際石油危機爆發，民用飛機的機體結構輕量化被提上了日程，碳纖維作為首選再一次受到了關注。為解決新材料應用中首先遇到的信心（安全性）問題，波音公司研制了100多付擾流板在波音707上試用，1975年經試用考核后，對這些擾流板進行了檢查，發現碳纖維復合材料部件出現了金屬結構沒有遇到的新問題——濕熱引起的材料性能下降和沖擊損傷（擾流板是薄蒙皮夾層結構）。自此復合材料沖擊損傷就成了復合材料技術中的核心問題之一。
2 復合材料沖擊損傷研究歷程
2.1 壓縮下沖擊強度研究和應用
由于最初沖擊損傷問題是由擾流板這類薄蒙皮夾層結構引起的，當時關注的外來物主要是地面和空中飛行時的冰雹和跑道碎石，都是在結構受載時受到的外來物沖擊，因此美國NASA在1970年代和1980年代初期主要研究壓縮下沖擊強度，采用的設備是由壓縮裝置對受壓縮載荷的復合材料試樣射出鋁丸（模擬密度相近的跑道碎石和冰雹），變量是鋁丸的速度（有壓縮空氣壓力控制）和復合材料試樣的壓縮應變（由壓縮載荷控制），試驗結果是沖擊能量~壓縮破壞應變曲線。
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1 引言
貫穿碳纖維增強復合材料研究最引人注目的是其沖擊損傷問題，無論是相關的材料（包括纖維和樹脂）研究，結構設計的重點還是工藝制造和維護問題，碳纖維復合材料一進入解決輕量化需求的高端應用，遇到的技術關鍵就是沖擊損傷，本文試圖還原復合材料沖擊損傷問題的來龍去脈。
回顧碳纖維應用的發展史，大家都知道英國羅羅公司是第一個試圖把碳纖維用于高端應用——在1967年開始研制飛機發動機進氣風扇葉片的吃螃蟹者，當然失敗的原因很多，但很重要的一個原因是復合材料葉片沒有通過外來物沖擊的考驗，致使英國在碳纖維復合材料發展中失去了先機，退出了領先的地位。1970年代初國際石油危機爆發，民用飛機的機體結構輕量化被提上了日程，碳纖維作為首選再一次受到了關注。為解決新材料應用中首先遇到的信心（安全性）問題，波音公司研制了100多付擾流板在波音707上試用，1975年經試用考核后，對這些擾流板進行了檢查，發現碳纖維復合材料部件出現了金屬結構沒有遇到的新問題——濕熱引起的材料性能下降和沖擊損傷（擾流板是薄蒙皮夾層結構）。自此復合材料沖擊損傷就成了復合材料技術中的核心問題之一。
2 復合材料沖擊損傷研究歷程
2.1 壓縮下沖擊強度研究和應用
由于最初沖擊損傷問題是由擾流板這類薄蒙皮夾層結構引起的，當時關注的外來物主要是地面和空中飛行時的冰雹和跑道碎石，都是在結構受載時受到的外來物沖擊，因此美國NASA在1970年代和1980年代初期主要研究壓縮下沖擊強度，采用的設備是由壓縮空氣系統裝置對受壓縮載荷的復合材料試樣射出鋁丸（模擬密度相近的跑道碎石和冰雹），變量是鋁丸的速度（有壓縮空氣壓力控制）和復合材料試樣的壓縮應變（由壓縮載荷控制），試驗結果是沖擊能量~壓縮破壞應變曲線。
展開 機織復合材料細觀損傷分析仿真
對于損傷的判斷，纖維采用Hashin準則：
樹脂采用最大應力：
仿真效果
應力：
損傷分布：
編輯
跳轉
應力應變曲線結果：
（《基于嵌入式約束的機織復合材料細觀建模與分析》）
【ABAQUS建模】復合材料失效與單元刪除-附cae文件
設置復合材料的損傷演化規律，如損傷變量與應力、應變之間的關系。
3.分配載荷和邊界條件
：
a. 在模型中定義加載情況和約束條件，確保加載和邊界條件符合實際應用情況。
b. 添加載荷和邊界條件時要小心，確保加載方式和大小合理。
4.網格劃分和質量：
a. 進行合適的網格劃分，以確保模型幾何和物理細節的精確表示。
b. 檢查網格質量，并確保網格質量良好，以避免不良網格對模擬結果的影響。
5.失效模擬過程中單元未被刪除的處理：
a. 可以嘗試增加網格密度或使用更適合的單元類型來改善單元未被刪除的問題。
b. 檢查網格質量，并進行適當的網格調整。
6.后處理復合材料變形和失效結果：
a. 運行模擬并獲取結果文件。
b. 使用ABAQUS CAE的后處理功能查看和分析模擬結果，包括應力、應變分布、損傷演化等。
c. 了解復合材料的變形和失效行為，以評估材料的性能和可靠性。
7.注意事項：
a. 在設置材料性質時，確保所用參數與實際復合材料的性質相符。
b. 在分配載荷和邊界條件時，考慮復合材料在實際應用中所受到的加載情況和約束條件。
c. 對于復合材料失效模擬，由于復雜性和計算成本較高，需要充分理解復合材料的行為和使用ABAQUS CAE的模擬能力。
d. 驗證模型和結果，確保模擬結果的準確性和可靠性。
展開 Abaqus 考慮材料隨機性的復合材料漸進損傷分析
Abaqus 考慮材料隨機性的復合材料漸進損傷分析
由于制造工藝、外部環境等的影響，材料的隨機分布是個普遍存在的現象。目前針對復合材料的分析中，絕大部分并未考慮材料隨機性對仿真結果的影響。鑒于此，本文通過Umat子程序將材料隨機性引入復合材料的漸進損傷分析中，對比了不同的隨機分布對仿真結果的影響。
本文的仿真對象為一種短切纖維復合材料(芳綸紙)，主要從宏觀的角度研究了短纖維取向隨機性對計算結果的影響。
材料的隨機性一般可以認為服從正態分布或者weibull分布。正態分布可以通過Box-Muller算法實現。Box-Muller算法是通過服從均勻分布的隨機變量，來構建服從正態分布隨機變量的一種方法。具體實現方法為：選取兩個服從
[0,1]
上均勻分布的隨機變
量
U
1
、
U
2
，
X
、
Y
滿足
則
X
與
Y
服從均值為0，方差為
1
的正態分布。
通過上述算法，可以在Fortran中生成纖維取向在[0,90]之間服從正態分布的隨機數，以下為部分代碼
Fortran中生成服從Weibull分布隨機數的方法可以參照文獻[1]。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1205134中同樣采用了文獻[1]中的方法生成了服從Weibull分布的隨機數。
復合材料的損傷萌生準則和損傷演化準則可以參考http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124。與之不同的是由于芳綸紙厚度很小，本文中只考慮了材料的面內損傷行為。
展開 典型民機復合材料損傷分析
蜂窩結構是一種夾層結構或夾層復合材料，其夾芯層是由一系列六邊形、四邊形及其他形狀的孔格組成形似蜂窩夾心材料，上下兩表面層是與夾芯層接的薄板。 復合材料失效、服役缺陷及損傷復合材料的失效復合材料和復合材料結構在經歷了某些物理、化學過程后發生了尺寸、形狀和性能的變化從而喪失了原來具有的設計功能的現象稱為復合材料的失效。引發這些過程的作用 可能是外載荷、材料老化、環境溫度和濕度變化等。大多數失效問題主要集中于用作承力結構件的纖維增強復合材料，特別是纖維增強層壓復合材料。失效的四種基本模式是基體開裂、纖維斷裂、界面脫粘和分層。 服役中發生的缺陷及損傷沖擊損傷。沖擊損傷是復合材料由于外界沖擊而產生的損傷。對聚合物基結構復合材料安全構成最大威脅的是沖擊損傷。芯材脫粘。夾層復合材料是一種層合型復合材料。夾層復合材料一般由性質不同的表面材料和芯材組合而成，通常表面材料強度高而薄，芯材強度低、重量輕而厚。芯材破碎。芯材結構在服役期間，可能會因為受過大的彎曲、壓縮或沖擊等導致芯材破壞，并往往伴隨著界面剝離，這被稱為芯材破碎。基體開裂。基體是復合材料中粘接增強體成為整體并轉遞載荷到增強體的主要組分之一。在復合材料中，基體一般為連續相的材料。受力不均等原因會導致基體開裂現象。纖維斷裂。纖維斷裂是指復合材料的單個或者多個纖維斷裂。產生纖維斷裂的原因，可能是復合材料的纖維增強層受力不均或外在環境的影響，也可能是纖維自身存在著缺陷。可以確定纖維自身的缺陷是復合材料損壞的發源地。老化。老化是指復合材料生產成型后隨著時間的推移，材料的結構和性能發生退化的現象。產生老化的原因一般有大氣暴曬、倉庫存放、人工氣候老化、熱老化、水浸泡及水腐蝕等。（來源：《航空計算技術》）（南京航空航天大學 張偉）
大理石表面涂層樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?
展開 復合材料沖擊損傷自動建模程序
composite impact.rar
初學python做了一個復合材料沖擊損傷的自動建模程序，
程序使用說明如下：
1.程序還有待完善。目前只支持矩形板，矩形網格。
2.可以選擇3D實體單元及2D連續殼單元，但是如果用3D實體單元需要自己編寫VUMAT，這里就不上傳VUMAT了，大家自己努力編吧。
3.自動生成的有限元模型是沒有邊界條件的。自己需要手動添加邊界條件
4.輸出變量需要自己去設置。
5.需要先創建材料或者從自己的材料庫中導入材料。
6.鋪層參數可以從文本文件直接導入，在鋪層表格出點擊右鍵會出現導入對話框。
7.可以根據需要選擇是否增加cohesive elements。
補充說明：第一次上傳的附件有一個問題，就是用CompositeLayup直接生成實體單元是不能用在abaqus/explicit中的，提交計算會出錯，現在已經將程序完善，附件已經更新。
直接將壓縮包解壓縮后放到plugin文件夾下即可。
composite_imoact_en.rar
展開 
Abaqus Vumat子程序計算復合材料損傷 ￥10
用于復合材料三維實體單元，3D Hashin損傷準則
轉載，復合材料分析中Cohesive單元建模及損傷簡介
進入property界面，點擊Material→Creat，在彈出的Edit Material對話框中，可以編輯新創建的cohesive材料的名稱，然后點擊Mechanical→Elasticity→Elastic→Traction，在空格中輸入相應的剛度。
2.1.損傷準則
初始損傷準則
初始損傷對應于材料開始退化，當應力或應變滿足于定義的初始臨界損傷準則，則此時退化開始。Abaqus的Damage for traction separation laws 中包括：QuadeDamage、Maxe Damage、Quads Damage、Maxs Damage、Maxpe Damage、Maxps Damage六種初始損傷準則，其中前四種用于一般復合材料分層模擬，后兩種主要是在擴展有限元法模擬不連續體（比如crack問題）問題時使用。
圖4. 初始損傷準則定義
Edit Material對話框中，點擊Mechanical→Damage for Traction Separation Laws，然后根據自己的需要點擊相應的損傷準則。其中最常用是Quads Damage。
損傷演化規律
選擇了初始損傷準則之后，然后點擊Suboptions→Damage Evolution，窗口如圖5所示。其中Type包括Displacement和Energy，Displacement為基于位移的損傷演化規律，而Energy為基于能量的損傷演化規律。Softening中包括Linear，Exponential及Tabular三種剛度退化方式……Damage Evolution中的所有的選項都是用來確定單元達到強度極限以后的剛度降階方式。
展開 論文帖一個：samcef層壓復合材料損傷建模
DAMAGE MODELING OF LAMINATED COMPOSITES: VALIDATION OF THE INTRA_LAMINAR LAW OF SAMCEF AT THE COUPON LEVEL FOR UD PLIES
文章中，使用samcef對層壓復合材料進行建模，并通過與實驗測試結果的對比驗證了模型，對不同方向的單層復合材料進行了深入研究，對參數辨識方法進行了一定討論。結果認為僅僅通過少量的測試獲取參數，就能通過建模仿真預測出復合材料的特性。
DAMAGE MODELING OF LAMINATED COMPOSITES VALIDATION.pdf
展開 Abaqus小球沖擊復合材料損傷教程 ￥39.9
視頻下方附帶工程文件inp，大家可以自行下載學習參考
