復合材料分層損傷的案例
基于LS-DYNA的復合材料分層損傷仿真
1 引言
近年來，纖維增強復合材料因具有一系列優點而廣泛應用于航空航天、汽車、船舶等各行各業之中。然而作為多相材料，其失效條件及模式往往很難確定。以復合材料層合板為例，這類結構層間性能取決于基體性能，因此層間材料性能很低，僅為纖維方向的幾十分之一。在外載荷或其它如沖擊、溫度等外部因素作用下，往往會由于層間剪應力或層間拉應力超過其強度而引起層間脫粘破壞，即分層。分層是制約這類復合材料進一步廣泛應用的主要因素，因此層合復合材料分層問題得到材料和力學界的重視。為探究ANSYS LS-DYNA在復合材料界面分層損傷方面的應用，本文利用LS-PrePost建立了雙懸臂梁（Double Cantilever Beam，DCB）模型，以cohesive單元模擬界面，進行了復合材料分層損傷的仿真分析。
2 有限元分析
幾何模型如下圖所示，通過在上、下兩個懸臂梁之間的中面層布置Cohesive內聚力單元，從而對分層擴展進行預測，本模型設置層間單元厚度為0.05；將層合板左端固支（固定全部自由度），在另一自由端施加兩個沿厚度方向且方向相反、大小相等的速度位移。為建立預制裂紋，創建有限元模型后將該處單元進行提前刪除。
a/mm
h/mm
b/mm
w/mm
v/(mm/ms)
200
10.05
50
15
1
為方便施加邊界條件，首先建立相關的節點集合，包括模型固支端的節點集合，自由端上下表面線段上的節點集合。根據不同模型的不同部位賦予單元不同的材料屬性。
展開 技術鄰周報Q9：CAD/二次開發/COMSOL/光學/moldflow/優化設計/LS-DYNA/復合材料/Python
12、基于LS-DYNA的復合材料分層損傷仿真
作者：
mech
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1810502
近年來，纖維增強復合材料因具有一系列優點而廣泛應用于航空航天、汽車、船舶等各行各業之中。然而作為多相材料，其失效條件及模式往往很難確定。以復合材料層合板為例，這類結構層間性能取決于基體性能，因此層間材料性能很低，僅為纖維方向的幾十分之一。在外載荷或其它如沖擊、溫度等外部因素作用下，往往會由于層間剪應力或層間拉應力超過其強度而引起層間脫粘破壞，即分層。分層是制約這類復合材料進一步廣泛應用的主要因素，因此層合復合材料分層問題得到材料和力學界的重視。為探究ANSYS LS-DYNA在復合材料界面分層損傷方面的應用，本文利用LS-PrePost建立了雙懸臂梁（Double Cantilever Beam，DCB）模型，以cohesive單元模擬界面，進行了復合材料分層損傷的仿真分析。
13、不同材料的螺紋扭矩評估
作者：
楊曉木
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1810973
標準材料的螺紋扭矩，通常都有對應的標準定義。 對于較為特殊的材料的螺紋，其螺距究竟該如何評估定義呢？
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展開 基于Abaqus的vumat進行纖維增強復合材料漸進損傷與失效仿真
筆名：復材失效仿真
關鍵詞：纖維增強復合材料，航空航天，漸近損傷模型，有限元仿真，沖擊
復合材料結構漸進損傷研究
復合材料因其輕質高強廣泛應用于航空航天、交通運輸等領域。當復合材料具備復雜結構（如連接結構）或承受復雜工況（如沖擊載荷）時，層內損傷的模式包括多種損傷模式纖維/基體脫粘、基體開裂和纖維斷裂，從而引起復合材料結構漸進失效。為了模擬這些現象，漸進損傷模型（PDM）在過去二十年中常被使用并已被證明是一種有效的方法。PDM通過材料退化建模模擬損傷開始后的材料性能衰減，為預測復合材料的準脆性破壞過程提供了一個準確的框架。PDM軟化規律的形式由材料裂縫萌生和擴展背后的物理機制決定，并影響初始損傷后的結構承載能力。
連接結構是復合材料應用的薄弱環節，其失效涉及復雜損傷機制。對于復合材料螺栓連接結構，開發三維漸進損傷模型模擬多搭接結構的失效，預測的基體失效、分層擴展失效模式可以與實驗對應。對于復合材料膠接結構，基于損傷演化模型研究了單搭接螺栓復合材料過盈配合接頭的承載行為，數值模型很好地捕捉了復材膠接平面微觀形態中的纖維斷裂和基體裂紋，表明漸進損傷模型在應用中具有較好精確性。
復合材料在服役過程中有可能經受外物沖擊而產生可見或不可見損傷。利用漸進損傷模型對復合材料層合板的沖擊損傷傳播過程進行模擬，可以發現在整個加載過程中，不同損傷模式在層間的非均勻傳播特征。基于漸進損傷模型建立層合板的損傷確定、逐步演化和本構關系等損傷分析過程，能夠精準預測復合材料受單次或多次的沖擊行為。
建立漸進損傷本構模型
建立纖維增強復合材料三維有限元模型，采用實體單元和內聚力cohesive單元分布模擬復合材料層內和層間損傷。
展開 ANSYS采用界面單元用于復合材料分層模擬時，如何判斷損傷起始和完全分離
ANSYS采用界面單元用于復合材料分層模擬時，如何判斷損傷起始和完全分離
。官網案例也沒有給出說明，缺乏相應的理論說明。
利用cohesive element技術模擬DCB實驗--通用靜力分析
供學習研究復合材料分層損傷的朋友參考·····探索好久！不收斂問題的來源很大一部分是復合材料參數設置·····
Job-DCB-new.rar
Marc復合材料分層仿真分析
背景
通過虛擬裂紋閉合技術（VCCT）的裂紋擴展，以及使用界面元素的內聚區模型的損傷演化，研究了厚復合材料結構中的分層問題。復合材料有四層，在第3層和第4層之間有一個初始缺陷。結構承受壓縮載荷，導致零件在初始缺陷處屈曲。
VCCT模型通過“粘接失效”選項定義初始缺陷。缺陷處的節點應定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識別為“粘接失效”區域的一部分，告訴程序讓它們進行常規接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個部件剛性連接，直到出現裂紋擴展。通過界面元件，在部件之間存在彈性層。
使用VCCT，零件具有完美的結合，直到出現裂紋擴展。用戶輸入裂紋擴展阻力（Gc）以指示裂紋何時應擴展，此處（Gc）被視為裂紋性質，粘性區模型在界面中使用彈性層，這也會影響結構在發生任何損壞之前的變形。為內聚材料定律輸入的內聚能量（也稱為Gc）被視為界面元素的材料性質，在VCCT情況下，這種內聚能與裂紋擴展阻力之間的關系是，兩者都與分裂材料所需的能量有關。
設置
圖1顯示了識別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細的網格，以便準確描述缺陷區域并允許裂紋擴展。
圖1 VCCT計算模型
在圖2中，顯示了頂部的底面，膠失活區域和裂縫前緣。
圖2 模型底面
可以在Mentat中找到“粘接失效”設置，如下所示：
圖3 接觸區域屬性菜單
裂縫的產生方式如下。在這里，選擇要VCCT的應用程序，并在VCCT裂紋擴展屬性菜單中填寫裂紋擴展的設置（見圖4）。我們確保將初始裂紋擴展模式設置為“直接”，將裂紋擴展方法設置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時應出現裂紋擴展。
展開 Marc 復合材料分層仿真分析
01 背景
通過虛擬裂紋閉合技術（VCCT）的裂紋擴展，以及使用界面元素的內聚區模型的損傷演化，研究了厚復合材料結構中的分層問題。復合材料有四層，在第3層和第4層之間有一個初始缺陷。結構承受壓縮載荷，導致零件在初始缺陷處屈曲。
VCCT模型通過“粘接失效”選項定義初始缺陷。缺陷處的節點應定期接觸（以避免穿透）。通過將它們識別為“粘接失效”區域的一部分，告訴程序讓它們進行常規接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個部件剛性連接，直到出現裂紋擴展。通過界面元件，在部件之間存在彈性層。
使用VCCT，零件具有完美的結合，直到出現裂紋擴展。用戶輸入裂紋擴展阻力（Gc）以指示裂紋何時應擴展，此處（Gc）被視為裂紋性質，粘性區模型在界面中使用彈性層，這也會影響結構在發生任何損壞之前的變形。為內聚材料定律輸入的內聚能量（也稱為Gc）被視為界面元素的材料性質，在VCCT情況下，這種內聚能與裂紋擴展阻力之間的關系是，兩者都與分裂材料所需的能量有關。
02 設置
圖1顯示了識別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細的網格，以便準確描述缺陷區域并允許裂紋擴展。
圖1 VCCT計算模型
在圖2中，顯示了頂部的底面，膠失活區域和裂縫前緣。
圖2 模型底面
可以在Mentat中找到“粘接失效”設置，如下所示：
圖3 接觸區域屬性菜單
裂縫的產生方式如下。在這里，選擇要VCCT的應用程序，并在VCCT裂紋擴展屬性菜單中填寫裂紋擴展的設置（見圖4）。我們確保將初始裂紋擴展模式設置為“直接”，將裂紋擴展方法設置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時應出現裂紋擴展。
展開 設計仿真 | Marc 復合材料分層仿真分析
，研究了厚復合材料結構中的分層問題。
ABAQUS后處理之提取分層損傷面積/分層面積/基體損傷面積（ABAQUS+Photoshop） ￥28
ABAQUS后處理之提取損傷面積（ABAQUS+Photoshop聯合使用）
為了定量描述損傷程度，提取載荷造成的損傷面積變得尤為重要，下面介紹損傷面積的提取方法。
1. 去除單元網格，以及邊緣
2. 突出顯示損傷區域，建立損傷與未損區域色差
3. 導出圖片
Abaqus復合材料分層代做
考慮應變率下（給一個加載速度5m/s）的Ⅰ型復合材料DCB分層，Abaqus/explicit，用cohesive內聚力模型；
能做的麻煩聯系我，細聊，VX：DoubleJokers4Ace
NX復合材料 雙懸臂梁分層破壞
雙懸臂梁分層破壞
(Delamination Analysis of Double Cantilever Beam)
以一個雙臂梁為例，介紹了NX復合材料的分層破壞分析。
此教程較為詳細的介紹了分層破壞建模分析的具體步驟，最后得到相應三維顯示圖例及相關量曲線圖。
模型介紹：
雙懸臂梁分層破壞幾何模型：
粘結層長，初始裂紋長，整個雙懸臂梁高，寬。雙懸臂梁左側為固定端，雙懸臂梁右端上下邊在的時候預加點載荷（位移）。140mm10mm2.0322 4.064mm?? 25 .5mm1s 1mm
雙懸臂梁分層破壞模擬(分步教程).pdf
清晰操作視頻：百度網盤：
http://pan.baidu.com/s/1o8D6n1o
展開 
samcef 復合材料介紹
Samcef for composites
復合材料由于其耐用性，重量輕，耐腐蝕，強度高等優勢，近些年來在航空，電子，能源，汽車，建筑等領域廣泛應用。同時，由于復合材料具有各向異性，耦合效應，層間剪切等特殊性質，因此復合材料結構的精確仿真，已成為國外研究的重點和迫切的需求。
Samcef for composite作為一款對復合材料設計分析量身定做的商業化有限元軟件為復合材料結構的分析提供了完整精確的解決方案。軟件提供了復合材料結構分析完備的功能，不但有非線性分析能力，而且提供層間剪切應力的求解，材料失效破壞以及裂紋擴展等分析能力。
1.
技術特點：
復合材料層合結構在純剪切載荷作用下會發生失穩破壞。Samcef mecano可以準確求解復合材料板的后屈曲分析；可以進行復合材料的分層損傷模擬，包括分層臨界面的確定，過程分析以及極限載荷的計算等；可以對復合材料結構進行優化設計包括層次順心優化，質量，機構和形狀優化等。
2.功能介紹：
失效準則：為強度校核提供多種準則，包括最大應力和最大應變，Tsai-Hill，Tsai-Wu，Hoffman，Hashin，Rice and Tracey準則等，同時用戶也可以自定義失效準則。
豐富的材料庫： 提供了多種材料的定義，包括：
2
線彈性材料
2
夾雜等效模型
2
超彈性材料
2
彈塑性，粘彈性和粘塑性材料等
2
壓電材料
2
用戶自定義材料模型。
豐富的單元庫： 針對復合材料的三種不同工藝，纏繞，層疊以及夾心結構，提供相應單元模擬，包含平面應變單元，2D軸對稱單元和3D單元。
粘結單元：針對層合結構，包含Cohesive elements單元的定義，可以用于復合材料的層間撕裂和損傷分析。
展開 用于熱管理的分層導熱聚合物納米復合材料
來源 | Applied Materials Today
01
背景介紹
由于固體材料的導熱系數與電氣系統的溫度變化成反比，這就要求導熱材料表現出與溫度相適應的熱傳輸能力，并集成到動態負載條件的電氣系統的熱管理中。管理電導體中的熱量是滿足能源可持續使用和電力可靠性需求的一個主要挑戰，尤其是在電力電子設備和能源關鍵型電機中更為重要。要實現這些不同的功能，如熱可靠性和電可靠性，就需要合理地設計導熱材料的結構。
02
成果掠影
近期，布法羅大學Shenqiang Ren研究團隊提出了分層導熱納米復合材料，由納米結構陶瓷共形涂層和混合排列的超高分子量聚乙烯纖維組成，可定制電導體的散熱。混合排列的熱界面具有非常理想的各向異性高導熱系數，可達0.98W/mK，介電強度為3.4。此外，電隔熱界面在動態負載條件下表現出高性能和可靠的電氣系統。在相同的電負載下，非均勻陶瓷-聚合物封裝導體的表面溫度比聚合物封裝導體低17.8℃。研究成果以“Hierarchical thermal-conductive polymer nanocomposites for thermal management”為題發表于《Applied Materials Today》。
03
圖文導讀
圖1 a. 由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和陶瓷涂層組成的導熱材料示意圖。(I)排列UHMWPE纖維。（II）陶瓷涂層UHMWPE纖維。（III）異質陶瓷UHMWPE薄膜。（IV）異質薄膜涂層銅線。
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
圖6 沖擊損傷的分析模型
(2) 基于DI判據的估算方法
基于DI判據的估算方法進行沖擊后壓縮剩余強度估算的主要步驟為：
a) 用上節所述方法確定沖擊損傷的特征損傷狀態（通常包括分層、基體裂紋和纖維斷裂）或直接用適當的無損檢測方法確定，然后用損傷數據結構(DDS)存儲損傷信息；
b) 把沖擊分層處理為具有一定厚度的子層，進行多子層的屈曲分析；
c) 利用多子層屈曲的分析結果對分層區域進行剛度折減。如果DDS內包括纖維斷裂或基體裂紋等信息，則還需要對相應損傷單元進行剛度退化處理，把損傷區處理為軟化夾雜。分層及分層區域的規定如圖7所示；
d) 利用有限元計算含軟化夾雜層壓板的應力分布；
e) 利用DI失效判據估算壓縮強度。損傷影響距離Di的含義見圖4。對含沖擊損傷的層壓板，?為計及分層沿層壓板厚度方向分布的影響系數，定義為
圖7 沖擊損傷區剖面示意圖
圖8 tdmax的計算方法
表3 ASRI和其他的剩余強度估算方法
表4 ASRI和其他方法剩余強度估算與試驗結果的比較
4.5 CDTAC軟件介紹
CDTAC（Composite Damage Tolerance Analysis Code）是一個針對復合材料結構損傷容限方面的分析軟件它是中國飛機強度研究所在含損傷層壓板剩余強度估算方法研究方面部分研究成果的幾種體現。CDTAC1.0版本的功能包括：
復合材料層壓板剛度計算機強度計算；
靜力有限元（應力/應變）計算；
沖擊作用下層壓板的瞬態響應分析；
沖擊分層損傷的估算；
含（沖擊）損傷復合材料層壓板剩余強度分析。
CDTAC是由主窗體、功能模塊及數據管理器組成的，其組織結構如圖9所示。
展開 設計仿真 | Marc 復合材料分層仿真分析
當然，這會隨VCCT和粘性材料的選定值而變化。
圖6 VCCT的整體變形形狀
圖7 復合材料接觸狀態
