CFRP
關注創建者：劉路 創建時間：2015-12-04
CFRP的視頻教程
CFRP前沿成果和CAE在土木工程案例
課程大綱： 1、研究背景 2、CFRP加固焊接節點、鋼板疲勞性能評價（仿真壽命預測） 3、CFRP對I/II混合型疲勞裂紋的壽命提升機理 4、預應力CFRP提升鋼構件疲勞壽命研究 5、SMA/CFRP補強損傷鋼板疲勞性能 為了更好的幫助仿真工程師排除工作中的困擾，方便大家工作之余充電開拓不熟悉的知識領域。
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ABAQUS Engineering Structures 論文復現（保姆級教程）—聚合物-CFRP筋加固RC梁受彎的多種破壞形態
試驗結果表明，采用聚合物-CFRP加固后的RC梁通常表現出三種不同的破壞形態： 1、 小直徑的CFRP筋加固試件發生CFRP筋斷裂 2、 增大CFRP筋直徑混凝土發生壓潰破壞 3、 大直徑的CFRP筋加固試件在加固層發生脫粘 隨著城市更新以及結構加固的興起。不少課題組熱衷于研究各種FRP加固RC結構的力學性能，其中有限元模擬亦現在的研究熱點。
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?ABAQUS精品課A11—基于Johnson-Cook損傷模型的CFRP加固鋼板爆炸模擬
具體內容如下： 1、CFRP加固鋼板爆炸詳細建模過程 2、鋼材Johnson-Cook模型參數設置 3、CFRP模型參數設置 4、CFRP爆炸損傷、失效處理 5、CFRP每一層應力和變形的查看 6、單元刪除關鍵設置 7、后處理操作
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CFRP的實例教程
隨著壓潰位移繼續增加，層內與層間裂紋繼續擴展，CFRP圓管被裂紋撕開成內層和外層。當CFRP薄壁圓管出現分層后，外層層束向外撕裂并隨著壓潰位移的增加以特定曲率半徑進行翻卷，而內層層束則是向內彎曲發生斷裂，發生所謂的“開花”變形模式。漸進壓潰失效過程是CFRP薄壁圓管主要的吸能過程，能量通過纖維的斷裂、基體的開裂以及鋪層之間的分層進行耗散，且CFRP圓管破壞程度越大，總吸能也就越多。
圖5 CFRP薄壁圓管載荷-位移曲線
圖6 CFRP薄壁圓管變形結果
根據CFRP薄壁圓管的載荷-位移曲線數據，通過式（13）～（16）計算得到CFRP圓管的耐撞性能指標，見表3。
表3 CFRP圓管的耐撞性指標
0
3
有限元建模及結果分析
3.1 CFRP薄壁圓管有限元建模
CFRP薄壁圓管的軸向壓潰試驗是一個準靜態過程，用有限元分析方法（隱式分析法和顯示分析法）模擬圓管軸向壓潰過程。隱式分析法在接觸條件復雜的模型時，計算結果不易收斂，而顯示分析不但能夠保證計算結果的收斂性，還能很好地模擬準靜態工況，所以采用Abaqus/Explicit顯示分析進行仿真模擬。
展開 2.3 工況3
采用Lamina定義CFRP材料參數
CFRP材料參數設置
定義Hashin損傷參數
CFRP鋪層設置
CFRP材料方向
定義場變量輸出
計算效率很低，200個增量步后終止計算
工況三計算結果截圖
工況三 荷載-位移曲線
三種計算工況對比
可以看出，三種計算工況的荷載-位移曲線的分布趨勢大致相同，但承載能力的大小確有明顯不同。與工況1素混凝土情況相比，考慮鋼筋后的工況2，其承載力增大了7.81%。
計算機配置：
Windows系統版本 windows 10專業版
版本號 20H2
系統類型 64位操作系統
處理器 Intel(R) Core(TM) i7-10700F CPU @ 2.90GHz 2.90 GHz
機帶RAM 32GB
計算耗時統計
工況類別
計算耗時
工況一
10min50s
工況二
11min13s
工況三
25min
3 總結
主要對比了CFRP包裹加固鋼筋混凝土柱對承載力的影響。分別開展了素混凝土柱、鋼筋混凝土柱以及外側包裹CFRP加固+鋼筋混凝土柱三種有限元數值模擬計算。計算結果表明：
①CFRP包裹鋼筋混凝土柱對承載力有顯著影響，包裹CFRP后承載力提升了12.05%。這是由于利用CFRP進行加固時，原有混凝土結構承擔的部分荷載通過粘結膠層傳遞給CFRP，從而降低了原有混凝土結構的部分應力水平，從而起到增強加固的效果。
②利用ABAQUS自帶的混凝土CDP塑性損傷本構和Hashin損傷本構可以很好地模擬鋼筋混凝土和CFRP包裹加固對梁、柱、板承載力的計算。
參考文獻：
[1] 金祖權. 氯鹽-硫酸鹽環境下鋼筋混凝土腐蝕損傷[M]. 科學出版社，2021.
展開 3.1.1 點擊創建材料，輸入材料名稱CFRP.點擊【Mechanical】，再點擊【Elasticity】→【Elastic】，【Type】選擇【Lamina 】，輸入數據。
3.1.2點擊【Mechanical】，再點擊【Damage for Fiber-Reinforced Composites】→【Hashin Damage】，定義材料斷裂性能參數。
在【Hashin Damage】參數中依次輸入數據
在【Suboptions】中輸入【Damage Evolution】和【Damage Stabilization】參數
3.2 點擊創建截面，輸入截面名稱CFRP，【Initial ply count】輸入【4】殼，【Element Type】類型選擇【Conventional shell】。點擊繼續。
雙擊Region，選中CFRP模型，
雙擊Material，選擇CFRP材料
雙擊Thickness，輸入CFRP厚度0.000166
其他參數按照下表輸入
3.部件裝配
3.1選擇裝配模塊
導入工字鋼部件，選中工字鋼，點擊OK點擊【Tools】選擇【Datum】→【Plane】→【Offset from plane】
點擊選擇工字鋼截面，選中Enter value，方向向內，輸入值為500，同樣的方式定義第二個基準面。
同樣的方式導入CFRP部件及墊塊，選中CFRP角點，再選擇工字鋼角點，將CFRP移動到工字鋼中部
同樣的方法將墊塊裝配進來
4.分析步設置
4.1選擇【Step】模塊，創建分析步，選擇【Static General】
【Time period】填10，幾何非線性打開，增量步參數設置如下。
展開 CFRP_GFRP混雜加固混凝土梁膠層界面應力有限元分析.pdf
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展開 </p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202209/74c4a842a6604214b85256bbde35e272.jpg" alt="圖14.jpg" height="304" width="395"></p><p class="ql-align-center">圖14 CFRP 鋪層設置</p><p>4.2CFRP加固效果分析</p><p>從位移時程曲線可以看出， 使用 2 層及 4 層 CFRP 加固腐蝕區域及中段塔筒可以有效減小風電塔位移響應及位移極值 2 層 CFRP 加固后位移極值降低 23.7％， 4 層 CFRP 加固后位移極值降低 16.8％ ， 但 CFRP 層數增加為 8 層時， 結構位移極值增加 11.8％， 且殘余位移由 0.091ｍ增加為 0.766ｍ。 結合結構震后殘余變形分析也可以看出， 加固方案 B 中 2 層 CFRP 加固效果最好， 可以有效減小塔筒頂部位移響應及塔筒殘余變形； 4 層 CFRP 加固雖然可以減小結構位移響應， 但導致結構殘余變形加大， 尤其是上段塔筒殘余變形增加明顯； 8 層 CFRP 加固對結構動力響應并未起到有利作用， 一方面增加了結構位移響應值， 另一方面增加了結構殘余位移， 即增加了結構的破壞程度， 尤其增加了結構腐蝕區域下方和上段塔筒的破壞。
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*復合材料損傷 MAT_054 (MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE)： 針對碳纖維層合板（CFRP），MAT_054利用Chang-Chang失效準則分別判斷基體與纖維的拉壓破壞。由于復合材料的極度脆性，單元失效極易引發應力波的虛假反射。
[圖片]
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主要應用領域
CAI測試的應用場景高度貼合高端制造領域的實際需求，覆蓋航空航天、風電、高性能汽車與軌道交通等核心領域：
風電領域：模擬風機葉片在運行中遭遇冰雹、飛鳥、空中碎片撞擊的場景，評估葉片抗沖擊性能，直接決定葉片的使用壽命和運行可靠性；
航空航天領域：機翼、機身、尾翼等承力結構多采用碳纖維增強塑料（CFRP），飛機在起飛、降落、穿越云層時可能遭遇冰雹撞擊，或在制造、
這一結果充分證明了基于前述方法標定的 MAT_58 參數集能夠有效預測CFRP層合板在高速沖擊下的力學響應。
高性能復合材料（尤其是航空、航天、汽車和風電結構中的碳纖維復合材料（CFRP, Carbon Fiber Reinforced Polymer））的核心研究方向。下面我給出一個科研和工程設計層面系統化的總結，包括研究方向 、算法、軟件、硬件配置推薦。
例如圖中CSLIP1和CSHEAR1即為CFRP加固底面的縱向滑移與粘結應力輸出變量。
Z70 用于光滑表面
X60 用于粗糙的復合材料表面
X280 適用于高溫（請注意：需要在建議溫度下進行固化，見說明）
對于定向纖維，由于正交異性材料的特性，必須正確對齊應變片：
確保將應變片精確對準材料：
Y系列應變片，焊前固定：
1-LY41-6-350 應變片，專業安裝在帶有X60粘合劑的CFRP材料上：
針對連續纖維增強復合材料（CFRP）測試樣本多、測試周期長、成本高昂的問題，海克斯康融合多尺度復合材料建模平臺Digimat和人工智能仿真平臺ODYSSEE，開發出一套基于人工智能的復合材料虛擬許用值預測方案，基于以下三個重要步驟，從而幫助客戶快速獲取復合材料許用值。
