abaqus材料成型
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
abaqus材料成型的視頻教程
Abaqus復合材料固化成型分析
abaqus中復合材料固化成型操作，對比了CHILE、PATH DEPEDENT和VISCOELASTIC三種本構在預測固化變形時的差異 參考帖子Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化成型仿真 － 技術鄰 (jishulink.com) 建模視頻忘記錄音了，有時間補上
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abaqus材料成型的實例教程
掌握諸如摩擦條件、材料性能、工件幾何形狀、成形力等工藝參數對成形過程的影響，設計工程師可以正確地設計模具和選擇加工設備，并預測和防止缺陷的生成。
隨著模擬中的一些關鍵技術的進一步發展及計算機硬件水平的提高，數值模擬在加工成形中的應用越來越接近真實流程，模擬工作逐步從模擬簡單零件轉向模擬復雜零件，從模擬單工步成形轉向模擬多工步成形，從單純的金屬流動模擬轉向溫度場等多方面的復合模擬。ABAQUS的分析步正好體現了這樣的概念－模擬真實的世界。下圖為掉底模擬以及各向同性和各向異性材料的成型模擬。
ABAQUS軟件在材料成型中的應用.pdf
展開 材料的塑性成型過程中，我們往往需要確定在成型過程中作用在沖頭上的力，以及作用在毛柸和夾具上的力，同時也必須確定材料的塑性應變，是否超過材料的失效應變，進而確定在成型過程中材料是否發生斷裂。
在成型模擬中，涉及到多種物體之間的接觸，以及毛柸的大變形，因此是一個很強烈的非線性問題。Abaqus由于強大的非線性求解，在材料的成型模擬中應用廣泛。本文利用abaqus中的隱式求解方法standard與隱式求解方法explicit，模擬了同一個金屬板材加工成凹槽的過程。
一、模型的建立
板材的成型模擬過程可以簡化成如圖1所示的物理模型（采用了對稱原理）。毛柸在夾具和沖模的作用力下固定，對沖頭施加一個作用力，使毛柸發生塑性變形，進而形成我們所想要的形狀。
在abaqus中模擬過程中，我們采用二維平面應變模型。關于平面應變和平面應力問題，很多讀者可能會感到困惑。作者在這里對平面應變和平面應力的問題做簡要的區別。平面應變是材料應力應變六面體單元中,Z向的應變為0，只有X與Y方向的應變，一般對應于柱體的問題；而平面應力則是在應變應力六面體單元中,Z向的應力為0，只有X與Y方向的應力，一般對應于薄板的問題。本例中，毛柸在Z向的方向較長，Z方向的應變基本為0，因此本文采用平面應變模型求解。
圖1 成型分析的物理模型
對于毛柸，我們采用二維的可變實體單元建立模型。而對于沖頭，夾具與沖模，相對于毛柸來說，他們的剛性較大，在材料的沖壓成型中，變形可以忽略。因此，我們采用剛性體來模擬。在abaqus中，剛形體的建立有解析剛體和離散剛體。解析剛體一般用來模擬簡單的形狀，如曲線或者殼體；而離散剛體可以模擬任意復雜形狀的剛體。同時解析剛體不需要劃分網格，而離散剛體需要劃分網格。但是解析剛體和離散剛體都需要賦予參考點。
展開 Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化變形分析
復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產效率的重要手段。
復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。
目前常用的固化本構模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構模型。
Zocher等提出的粘彈性本構模型其本構關系和應力增量方程為：
其中
式中St_im是歷史狀態變量
其中，增量步內的折算時間
式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；aT、Wm和τm分別為轉換因子、權重系數和松弛時間。松弛時間和權重因子如下
通過Umat子程序編寫粘彈性本構模型，結合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。
固化過程中的溫度和固化度關系的關系如圖所示
計算得到的溫度和應力的關系如圖所示
固化過程中的應力場如下圖所示
移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示
有關于子程序二次開發或者復材仿真的問題可以聯系QQ1653004885或者關注CAE320公眾號
展開 復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產效率的重要手段。
復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。
目前常用的固化本構模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構模型。
Zocher等提出的粘彈性本構模型其本構關系和應力增量方程為：
其中
式中St_im是歷史狀態變量
其中，增量步內的折算時間
式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；aT、Wm和τm分別為轉換因子、權重系數和松弛時間。松弛時間和權重因子如下
通過Umat子程序編寫粘彈性本構模型，結合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。
固化過程中的溫度和固化度關系的關系如圖所示
計算得到的溫度和應力的關系如圖所示
固化過程中的應力場如下圖所示
移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示
有相關需求歡迎通過微信公眾號聯系我們。
展開 復合材料固化成型過程中，許多材料參數都是與溫度場及固化度相關的，因此模擬復合材料固化成型時首先需要知道溫度場和固化度的變化情況。
溫度和固化度這兩部分是相互耦合的，復合材料固化過程的熱傳導需要考慮固化放熱的影響
式中，ρc為復合材料密度；Cc為復合材料比熱容，λ為導熱系數，T為溫度，t為時間；Q為熱生成率
式中，ρr為樹脂密度；Vf為纖維體積分數；Hr為樹脂放熱；α為固化度；固化反應速率
其中
式中，K為自催化模型反應速率常數；A為頻率因子；ΔE為活化能；R為理想氣體常數。
數值模擬過程中主要用到SDVINI、FILM、DISP、HETVAL及USDFLD子程序。
1) SDVINI和USDFLD子程序主要用來定義初始狀態變量，并且兩者可以互相替代。
2) FILM子程序用來定義熱傳導第三類邊界條件中的對流換熱系數和環境溫度。
3) DISP用來定義熱傳導第一類邊界條件，當熱交換系數非常大時，DISP和FILM定義的邊界效果相近。
4) HETVAL用來定義材料內部產生的熱量，該程序是連接熱傳導和固化動力學方程的關鍵。
使用的材料屬性見下表
仿真得到的固化度和溫度變化結果見下圖
[1]丁安心. 熱固性樹脂基復合材料固化變形數值模擬和理論研究[D].
[2]喬巍,姚衛星,馬銘澤.復合材料殘余應力和固化變形數值模擬及本構模型評價[J].材料導報,2019,33(24):4193-4198.
考慮粘彈性本構的固化仿真http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1283755
大家有問題可以私信或者聯系QQ1653004885
附件中為子程序和inp文件
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插件介紹
ABAQUS Random Material Partition插件可對ABAQUS中已分區的部件進行任意多種材料及占比的隨機指派。
插件使用前需要手動對部件創建分區，或通過Abaqus導入已經分區完成的部件。
插件支持三維實體模型或二維平面殼模型。
Abaqus纖維復合材料螺栓連接件拉伸模型
顯示動力學
內插0厚度cohesive以模擬層間分層
復合材料采用VUMAT子程序，內附有cae，inp，puck子程序，操作視頻，ODB等文件
可贈送收集的纖維復合材料相關學習資料，特別適合初學者！
Abaqus纖維復合材料螺栓連接件拉伸模型
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復合材料采用VUMAT子程序，內附有cae，inp，puck子程序，操作視頻，ODB等文件
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ABAQUS 纖維復合材料層合板鉆孔，采用puck失效準則，內附CAE, inp, ODB, VUMAT子程序
可贈送快速建模插件及abaqus纖維復合材料學習資料，特別適合初學者！
Abaqus復合材料鉚接有限元仿真分析，
上層碳纖維復合材料，內插0厚度cohesive以模擬層間分層，下層AL
自沖鉚接三維模型，動態顯示分析，可提供cae，inp、VUMAT，odb文件，含變形云圖、應力云圖，結果清晰，適合初學者學習參考！
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預熱的膜腔中直到固化的成型過程。其制程可用于大量生產且達到低成本的制模，適用于具有復雜外觀、高強度或抗高沖擊性的產品。
壓縮成型能夠快速生產復雜的復合材料部件，Moldex3D支持許多不連續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
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Abaqus纖維復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！
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內插0厚度cohesive單元以模擬分層
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在ABAQUS中做管道內壓爆炸CEL模擬，采用vumat進行子程序定義
當管道為單層網格時，流固耦合效果好。當管道為多層網格時，采用abaqus自帶的材料及損傷可以實現模擬，使用vumat進行模擬流固耦合效果就很差（內部氣體漏氣、等效塑性應變分布不正確、計算迭代等），這是什么原因
以前做材料本構和細觀建模的時候，第一個攔路虎就是建模。尤其是機織編織類的材料，需要搞懂一系列織造參數，才可能完成三維模型創建。這還不算完，搞完模型還要繼續弄網格，一旦需要研究幾何參數變化規律，上述的過程又得整一遍。
即便后面我已經很熟練了，這個過程仍然需要花費很多時間。那個時候我就在想，以后要是能自己搞一個參數化建模工具就好了。
后來做項目多了，發現不僅是細觀結構
前文我們介紹了基于“厚度”推進策略生成網格，并自動定義鋪層、材料的層合板建模算法。
為了提高展示度，同時也是方便給別人使用。我們可以開發一個界面，并封裝成一個軟件。
作為一個小的案例，同樣采用MATLAB實現。
很多人都用過MATLAB的GUI模塊，然而這個東西適合做一些小的工具，稍微復雜一點的功能，就完全無法開展。
GUI模塊
一個最簡單的例子
