abaqus復合材料疲勞的案例
復合材料疲勞仿真交流貼
本人目前在用abaqus模擬復合材料的疲勞破壞，歡迎同行交流心得
基于Abaqus的umat子程序實現(xiàn)三維編織復合材料疲勞性能預測
第二次世界大戰(zhàn)中，約有20架“惠靈頓”號重型轟炸機由于零部件的疲勞破壞而發(fā)生墜落。歷史上由于疲勞破壞而發(fā)生的各類事故也數(shù)不勝數(shù)。隨著理論研究的深入和設備計算能力的快速發(fā)展，對于一些金屬材料的疲勞壽命預測已取得了一定的成果。但復合材料作為一種具備較高比強度、比模量和設計自由性的新性能各向異性材料，目前仍未有多少方法可以較為準確地對其疲勞壽命進行預測。若直接利用商用有限元軟件中的對應模塊進行計算，所得的結果也往往不盡人意。
這一期我們就來說說如何在ABAQUS中基于Umat子程序來實現(xiàn)對纖維增強復合材料疲勞壽命進行較為有效的預測。
1. 預測方法概述—“以靜代動”
我們知道，構件疲勞壽命動輒數(shù)十萬甚至上百萬疲勞循環(huán)，之所以要采用仿真手段，無外乎要達到兩個目的。
其一，降低成本。君不見，構件加工、疲勞試驗機采購、長周期試驗電費、人力成本，處處都是燒錢的地方。國內(nèi)能養(yǎng)得起完整的結構強度部門的大多是主機院所，在養(yǎng)技術員的同時，還養(yǎng)著一套試驗設備的單位則更屈指可數(shù)。
其二，提高效率。長周期的試驗，效率自然是很低的，而在設計階段，大量的構型需要去驗證，從而選擇最后的方案，這個階段就上試驗手段選型，哪個單位都吃不消，畢竟研制節(jié)點不等人。
如果采用仿真計算，去計算個上百萬疲勞循環(huán)，那么上面第二個目的就達不到了。大的模型動輒千萬網(wǎng)格，做上百萬次循環(huán)計算，這個時間成本我想都不敢想，畢竟不是哪個地主家都有超算中心啊。
于是乎，這就有了個“以靜代動”的方法。思路是這樣的：
1）采用載荷峰值加靜力載荷。
2）總時間設為1，然后認為1代表1e6循環(huán)，如果分析步長為0.01，那就是說每個分析步，就認為完成了1e4循環(huán)。
展開 技術鄰周報Q13：裂紋擴展/ABAQUS/復合材料/LS-DYNA/疲勞分析/Digimat/數(shù)字化/Ansys...
本說明書首次提出了基于子模型和全局模型技術的微動疲勞有限元模擬方法，并利用晶體塑性有限元方法模擬了pad和軸向體應力作用下specimen的微動疲勞過程，并根據(jù)等效塑性應變分布云圖識別出模型內(nèi)部和接觸表面最先發(fā)生起裂的薄弱部位。我們所提出的方法考慮了試樣晶粒尺寸、形態(tài)和組構等細觀特征，克服了宏-細觀尺度耦合問題，可從物理層面分析試樣的微動疲勞特征并預測其初始起裂壽命。
5、Digimat復合材料建模平臺與Abaqus的聯(lián)合使用
作者：
320科技工作室
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1818135
復合材料以優(yōu)異的性能被廣泛應用于航空航天、高速鐵路、新能源等領域，然而隨著應用領域越來越廣，結構也更為復雜，給復合材料結構力學分析帶來了巨大的挑戰(zhàn)。尤其是在工程應用中的強度失效及斷裂問題的發(fā)生，常是發(fā)生在微米量級上。傳統(tǒng)板、殼等在宏觀尺度上的理論分析方法已很難滿足實際需要。因此，借助于計算機進行復合材料的小尺度分析是解決這一問題的關鍵。
6、仿真分析在數(shù)字化的浪潮中的幾點思考
作者：mishaw
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1818246
我在前面文章仿真軟件的本質是提供服務一文中提到，目前仿真分析還屬于刀耕火種的階段，仿真效率低下，仿真門檻太高；其次是仿真軟件的的本質是提供服務，無論前處理、求解、后處理，均可以看做一種輸入輸出之間的服務本質關系。前者說明仿真分析的工作需要依賴數(shù)字化，提高仿真效率，降低仿真門檻，固化仿真經(jīng)驗，后者說明仿真分析的工作實現(xiàn)數(shù)字化本身就是可行的。
展開 【7月14-16日 西安 斯姆勒】ABAQUS復合材料結構強度、傳熱、動力學及疲勞壽命預測專題培訓
各企事業(yè)單位：
隨著復合材料的日益發(fā)展，復合材料力學的應用范圍也在逐漸擴大，特別在航空航天、壓力容器、汽車工程、建筑結構等領域。本課程基于ABAQUS軟件，全面系統(tǒng)地講解復合材料力學計算的原理，復合材料結構的強度、剛度、傳熱、動力學、疲勞等分析方法和常見工程熱點和難點問題的處理措施，基于理論聯(lián)系實際的培訓思想，通過實例強化軟件的使用幫助設計人員解決具體的復合材料力學問題。斯姆勒數(shù)值仿真技術研究院特舉辦“ABAQUS復合材料結構強度、傳熱與動力學專題培訓”工程實例培訓，具體內(nèi)容如下：
一、培訓目標
（一）、理解復合材料力學計算的原理；
（二）、掌握復合材料力學的靜力學分析方法；
（三）、掌握復合材料力學的隱/顯動力學分析方法；
（四）、掌握復合材料力學的傳熱分析方法；
（五）、掌握復合材料力學的失效評估及裂紋擴展分析方法；
（六）、培養(yǎng)獨立復合材料工程結構的力學分析能力。
二、主講專家
寧老師：力學博士，畢業(yè)于西安交通大學航空航天學院。擁有豐富的科研及工程技術經(jīng)驗，長期從事有限元領域應用研究，具有資深的技術底蘊和專業(yè)背景。擅長靜力學，模態(tài)分析，隨機振動/譜分析，瞬態(tài)動力學時程分析，轉子動力學分分析、線性/非線性后屈曲分析，損傷斷裂力學分析，復合材料分析、壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發(fā)等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發(fā)解決特定領域科研/工程問題。
展開 
【7月14-16日 西安 斯姆勒】ABAQUS復合材料結構強度、傳熱、動力學及疲勞壽命預測專題培訓
【7月14-16日 西安 斯姆勒】ABAQUS復合材料結構強度、傳熱、動力學及疲勞壽命預測專題培訓
技術鄰公告 6月6日1055
各企事業(yè)單位：
隨著復合材料的日益發(fā)展，復合材料力學的應用范圍也在逐漸擴大，特別在航空航天、壓力容器、汽車工程、建筑結構等領域。本課程基于ABAQUS軟件，全面系統(tǒng)地講解復合材料力學計算的原理，復合材料結構的強度、剛度、傳熱、動力學、疲勞等分析方法和常見工程熱點和難點問題的處理措施，基于理論聯(lián)系實際的培訓思想，通過實例強化軟件的使用幫助設計人員解決具體的復合材料力學問題。斯姆勒數(shù)值仿真技術研究院特舉辦“ABAQUS復合材料結構強度、傳熱與動力學專題培訓”工程實例培訓，具體內(nèi)容如下：
一、培訓目標
（一）、理解復合材料力學計算的原理；
（二）、掌握復合材料力學的靜力學分析方法；
（三）、掌握復合材料力學的隱/顯動力學分析方法；
（四）、掌握復合材料力學的傳熱分析方法；
（五）、掌握復合材料力學的失效評估及裂紋擴展分析方法；
（六）、培養(yǎng)獨立復合材料工程結構的力學分析能力。
二、主講專家
寧老師：力學博士，畢業(yè)于西安交通大學航空航天學院。擁有豐富的科研及工程技術經(jīng)驗，長期從事有限元領域應用研究，具有資深的技術底蘊和專業(yè)背景。擅長靜力學，模態(tài)分析，隨機振動/譜分析，瞬態(tài)動力學時程分析，轉子動力學分分析、線性/非線性后屈曲分析，損傷斷裂力學分析，復合材料分析、壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發(fā)等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發(fā)解決特定領域科研/工程問題。
展開 復合材料疲勞仿真
有沒有大佬做復合材料高周疲勞仿真的，想有償請教些問題。
工程化的復合材料疲勞仿真方法
金屬的疲勞壽命研究已經(jīng)較為成熟了，有大量的數(shù)據(jù)庫和工程預測手段。并且很多的工藝和檢測手段可以有效對結構疲勞進行管控，并誕生了“結構健康監(jiān)測”這樣一個方向。像體檢那樣，通過CT、超聲波等技術，定期對結構內(nèi)部的裂紋進行排查。
一代材料，一代裝備，現(xiàn)在已經(jīng)進入了復合材料的時代。復合材料層合板是一層一層貼在一起的，并且樹脂和纖維之間不可避免的存在孔隙，這簡直是裂紋產(chǎn)生的溫床。
由于復合材料這種特點，其疲勞問題更為復雜，試驗結果的分散性也更高，更遑論仿真手段了。
但是仿真仍然重要，它可以表征趨勢，反映變化。另外很多結構，由于工況的特殊性以及自身結構復雜性，疲勞試驗是很難開展的，即便能搞也需要極高的成本。
工程化的復合材料疲勞仿真方法
航空航天的科研院所專業(yè)是分的很細的，搞強度和結構設計可以是兩個部門，強度下面可以分出靜強度、動強度、振動、疲勞等等一堆科室，每個科室還有一堆人。
我是一直搞航空的，導致我以前總是認為其他行業(yè)也是如此。后來外面接觸多了才知道，很多行業(yè)和公司，是養(yǎng)不起專門的結構強度部門的。往往結構強度方向就是一個人，這個人他要會做結構設計，做各種仿真分析，還要懂試驗。哪天感覺來了，還要去陪客戶。
這種情況下，是很難面面俱到的。尤其疲勞的仿真還需要編寫自定義本構程序，如果研究生階段不是研究這個的，一時是難以搞出來的。
前段時間我審了一篇做疲勞的論文。整個論文兩個工作，一個試驗、一個仿真。試驗也沒有做具體結構的疲勞試驗，而是基礎材料的疲勞試驗。仿真竟然一段話帶過，說使用了專門的疲勞分析軟件，然后就直接給結果。
還是那句話，糊里糊涂用軟件，糊里糊涂看結果，這種工作沒有意義。
我們本期就以復合材料層合板接頭的疲勞為例，基于ABAQUS UMAT，給出工程化的疲勞仿真方法。之所以是工程化，一是做了簡化，二是便于實現(xiàn)。
展開 Abaqus在飛機復合材料中的應用 附abaqus官方復合材料教材下載
復合材料的應用
復合材料有許多特性：
? 制造工藝簡單
? 比強度高，比剛度大
? 具有靈活的可設計性
? 耐腐蝕，對疲勞不敏感
? 熱穩(wěn)定性能、高溫性能好
由于復合材料的上述優(yōu)點，在航空航天、汽車、船舶等領域，都有廣泛的應用。在下一代飛機設計中，復合材料的大量應用對分析技術提出新的挑戰(zhàn)。例如在某客機各種材料的使用狀況，其中復合材料的比例約為50%。
借助于多層殼、實體殼及實體單元可以建立復雜的復合材料模型，這些單元允許疊加各向同性或各向異性材料層，材料方向允許變化。Abaqus提供的失效準則有最大應變失效準則、最大應力失效準則和Tsai—Wu失效準則等，用戶也可以通過用戶子程序來定義自己的失效準則。Abaqus的復合材料功能特別適合于大量應用復合材料的新型飛行器。
Abaqus/CAE中復合材料的建模技術
在Abaqus/CAE中，有專門的復合材料設計模塊plyup。應用該模塊可對復合材料進行鋪層設計。對于每一個鋪層，可以選擇鋪層應用的區(qū)域、使用的材料、鋪層的鋪設角度、厚度等。對于鋪層較多的結構件，Abaqus/CAE提供了很方便的檢查手段，可顯示鋪層沿厚度方向將每一層分離展示，一目了然，這也是數(shù)字化設計的一大優(yōu)點。
后處理模塊中，可以顯示每一個鋪層厚度方向上的應力、位移、損傷云圖，也可以顯示復合材料厚度方向上變量的變化曲線。
復合材料建模模塊（CMA）
通常情況下，在進行仿真分析中，復合材料鋪層都是按照理想設計進行分析的。而在復合材料實際的加工制造過程中，纖維鋪層不可避免地會發(fā)生折疊、交錯，因此纖維的方向以及鋪層的厚度都會發(fā)生變化。如果再按照理想設計的復合材料鋪層去進行分析計算，就得不到真實結構的力學性能。
展開 復合材料疲勞計算簡述
復合材料的疲勞特性
1．復合材料直至破壞，其應力－應變曲線仍呈現(xiàn)線性，表現(xiàn)為材料的脆性，疲勞損傷演變的隱蔽性和突然失效（Sudden-death）對結構安全性構成威脅；而金屬一般都具有屈服階段。
2．復合材料受交變載荷時，產(chǎn)生多種形式的損傷，基本的損傷形式有：界面脫膠和基體開裂，邊緣和層板內(nèi)部分層，纖維斷裂，在疲勞載荷作用下，上述損傷形式相繼交錯出現(xiàn)，形成含多種損傷形式的損傷區(qū)，且擴展缺乏規(guī)律性，整體失效往往突然發(fā)生。損傷形式的多樣性和擴展的無規(guī)律性，增加了處理復合材料疲勞問題的復雜度。
3．復合材料的疲勞過程與其材料彈性常數(shù)的變化緊密聯(lián)系。復合材料構件在一定應力水平下循環(huán)加載一段時間后，其彈性常數(shù)隨之發(fā)生變化，剛度的退化是表現(xiàn)形式之一，這從宏觀上反映了各種損傷的累積作用。
4．層間疲勞強度的計算要考慮層間應力，而層間應力分析屬于三維問題，且存在自由邊效應，使得分析層間疲勞發(fā)生困難。
5．不同鋪設角的單向層之間的耦合作用明顯影響層壓板的層間應力分布，并直接影響層壓板的疲勞性能；而對于同一材料體系，鋪設角和鋪疊次序的變化存在無窮多個組合，要在這么多組合中尋找一些規(guī)律性的東西，顯得尤為困難。
6．復合材料的疲勞性能依賴于環(huán)境。復合材料中的基體不僅對溫度敏感，而且極易吸收周圍環(huán)境中的水分，因而，在濕熱環(huán)境條件下，復合材料的疲勞性能較之在室溫，干燥條件下的疲勞性能有較大差別。
7．與金屬材料相比，復合材料具有優(yōu)越的拉伸疲勞特性，在實際設計中經(jīng)常以對靜強度或剛度的要求涵蓋對疲勞性能的要求；壓縮載荷對金屬結構的疲勞裂紋通常起促進閉合的作用，所以一般不予考慮，但對層壓復合材料則相反，在壓縮循環(huán)載荷下，疲勞性能明顯降低；疲勞壽命的分散度遠大于金屬材料，一般不能采用金屬疲勞的研究方法。
展開 分享六個復合材料疲勞測試規(guī)范
纖維增強塑料層合板拉-拉疲勞性能試驗方法.pdf
玻璃纖維增強塑料平板拉-拉疲勞性能試驗方法.pdf
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氣瓶疲勞試驗方法.rar
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[論文]復合材料疲勞可靠性研究
復合材料疲勞可靠性研究
復合材料疲勞可靠性研究.pdf
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碳纖維復合材料剪切疲勞試驗研究方法
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引言
隨著科學技術的進步和輕量化的發(fā)展趨勢，復合材料逐漸出現(xiàn)在了各行各業(yè)之中，首當其沖的就是汽車行業(yè)。由于復合材料強度高、剛度大、質量輕、具有良好的可設計性，與傳統(tǒng)金屬相比，可以在同等性能條件下大幅減重，為安裝、運輸都提供了巨大的方便；且復合材料具有更好的耐腐蝕、疲勞性能，具有良好的發(fā)展前景。復合材料具有各向異性的特性，即使是同一種材料，不同的鋪層設計也會導致其性能上的差異，所以研究復合材料的性能具有十分重要的意義。
碳纖維復合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP)可以說是目前應用最受青睞的復合材料，相比于傳統(tǒng)的金屬材料，其出色的疲勞性能一直是國內(nèi)外專家學者的關注對象。疲勞性能是工程應用中產(chǎn)品可靠性研究的重要內(nèi)容之一。目前大多數(shù)CFRP疲勞性能研究著重于單向鋪層或者正交鋪層的拉-拉疲勞，而在很多工程應用的場合之中，如傳動軸，剪切破壞是重要的破壞模式，對其疲勞性能的研究十分重要。V型缺口的剪切疲勞試驗相對于其他研究方法，可以獲得更加均勻的應力分布，以及純剪切的應力狀態(tài)，所以本文采用V型缺口試驗的方法，對CFRP的剪切疲勞性能進行研究和探索。
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試驗
2.1 試樣制備
本文的試驗基于標準ASTM/D7078，試樣制備的要求也按照標準執(zhí)行，圖1為試樣的尺寸圖。試樣的制備按照裁料-制板-固化-裁切-精加工的流程制造，其中材料的參數(shù)見表1。
圖1 V型缺口試樣尺寸圖
表1 CFRP性能參數(shù)
對于已經(jīng)制備完成的試樣進行靜力性能抽樣測試，檢驗試樣的合格性，同時測量其靜力的剪切強度。
2.2 試驗結果
對V型缺口試樣的剪切疲勞試驗進行完成之后，得到如下疲勞數(shù)據(jù)，見表2。
展開 君莫粉絲答疑：復合材料力學及Abaqus復合材料分析答疑（長期有效）
平時，每天都有很多讀者發(fā)來微信消息咨詢有關復合材料力學分析方面的問題，因時間靜力有限，不能逐一答復。為了答謝廣大粉絲對君莫的支持，特推出讀者答疑活動，每周末開展復合材料力學以及Abaqus復合材料分析相關的答疑交流活動。
活動時間：長期展開，選擇周內(nèi)或周末晚上開始，具體時間將在微信群或者QQ群中提前通知
參與條件：君莫文章讀者，視頻課程讀者以及參加過線下培訓的學員均可以參與。
答疑范圍：復合材料力學、Abaqus復合材料分析、復合材料強度理論、Abaqus子程序開發(fā)、Abaqus python二次開發(fā)等。
特殊說明：每期討論時間約1-2個小時，根據(jù)問題多少適當調整，有需要答疑者請?zhí)崆皽蕚浜脝栴}，以word文檔形式提交，文檔中請盡量將背景、問題點、關注點描述清楚，因時間有限，每一期僅選擇有代表性的問題進行講解，答疑活動僅限于為大家提供解決方案和思路，不涉及具體的建模或編程操作。
本活動長期開展，有意參與者請?zhí)砑游⑿舖ech_of_comps，備注“讀者答疑”。
再次感謝各位讀者對君莫的關注與支持。
展開 直播預告 | Digimat連續(xù)纖維增強復合材料與結構疲勞分析
精彩直播預告
連續(xù)纖維增強復合材料（CFRP）憑借高比強、高比模、良好的工藝性與耐久性，成為輕量化結構設計的核心材料體系，在航空航天、船舶、風機等領域得到廣泛應用。然而，受制于通用 CAE 軟件的能力局限，CFRP 結構至今缺乏成熟的疲勞分析方法，使得其疲勞耐久性評估過度依賴實驗驗證，難以實現(xiàn)高效仿真評估。雖然CFRP材料體系由于疲勞限較高，在部分場景下可通過 “靜強度覆蓋疲勞” 等工程經(jīng)驗進行疲勞強度評估，但實際應用中的三向應力、應力比差異等復雜工況，使得這種傳統(tǒng)方法存在潛在風險。
在此背景下，Digimat 作為專業(yè)的復合材料多尺度分析平臺，通過整合多尺度材料 & 逆向建模、材料數(shù)據(jù)庫、工藝結果映射及結構多尺度耦合分析、A- &B - 許用值虛擬計算等功能，為復合材料結構的精確分析與優(yōu)化提供了完善解決方案。針對 CFRP 結構的疲勞難題，Digimat 專門開發(fā)了多尺度疲勞模型，該模型可與通用 CAE 軟件深度結合，構建起 CFRP 結構疲勞分析的完整流程。
本期海克斯康直播講堂請到了復合材料仿真專家龔老師，在直播間中龔老師將圍繞著CFRP材料體系的疲勞問題，著重介紹基于Digimat的CFRP結構疲勞分析解決方案。敬請關注！
4月17日 14:00
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直播內(nèi)容聚焦
? Digimat全新分析框架&UI
? Digimat多尺度耦合分析的整體框架&流程
? Digimat CFRP結構疲勞分析方案介紹
龔慧靈
海克斯康復合材料仿真專家
畢業(yè)于西北工業(yè)大學復合材料專業(yè)。負責Digimat大中華區(qū)的技術支持，在航空復合材料結構、汽車輕量化結構分析領域工程經(jīng)驗豐富。
展開 WoundSim2020復合材料神器，能聯(lián)合abaqus完成各種復合材料的建模仿真 ￥599
就像WCM插件一樣，生成的Abaqus模型可以直接運行，其中包括：
圖層幾何和分區(qū)
清潔儲層網(wǎng)格生成
變換后的材料特性
根據(jù)垃圾箱分配的部分
模擬以驗證所有要求的儲層需求：
靜態(tài)和動態(tài)爆破壓力
熱膨脹
動態(tài)跌落測試和影響
循環(huán)和疲勞評估
ABAQUS結果
WoundSIM具有先進的材料特性，可以進行先進的后處理和復合材料層故障預測。
預編譯的用戶子例程可訪問高級輸出，例如
繞組角度，纖維和基體應力和應變，損傷參數(shù)和復合材料襯板界面損傷。
WoundSIM到Abaqus的界面提供了許多無縫的后處理功能，例如專用的路徑繪制和輪廓繪制工具，就像WCM插件中包含的那樣。
參數(shù)COPV建模
WoundSIM提供了高級工程功能和集成算法，從而為復合材料仿真設計人員和模擬工程師提供了多種功能。
下面列出了其中一些功能：
參數(shù)化設計能力
實驗設計
批處理
儲層幾何靈活性研究
與其他軟件插件的相關性
高級模型關聯(lián)
后處理高級圖像處理
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