復合材料漸進損傷分析的案例
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 Abaqus 考慮濕熱環境影響的復合材料漸進損傷分析
Abaqus 考慮濕熱環境影響的復合材料漸進損傷分析
濕熱環境的作用會導致復合材料本身的力學性能變化。 試驗研究表明，單向復合材料的力學性能在一定的濕熱范圍內單調變化，另一方面，濕熱環境在復合材料結構內產生濕熱變形與應力，導致基體、纖維或界面發生變化或破壞，從而使復合材料結構的剛度和強度發生變化。
濕熱應變可由下式表示
其中，熱應變為
濕度應變為
于是
損傷萌生準則和損傷演化準則等可以參考http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124
通過編寫umat子程序，可以計算得到以下結果
圖 1 損傷演化(上:纖維損傷；下:纖維間損傷)和載荷位移曲線
圖 2 濕熱環境對極限載荷的影響
參考文獻：劉玉佳, 燕瑛, 何明澤, et al. 濕/熱/力耦合條件下復合材料結構漸進損傷仿真[J]. 北京航空航天大學學報, 2012(03):103-107+112.
展開 考慮纖維隨機取向的復合材料漸進損傷分析在abaqus中umat子程序的實現
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]。
復合材料的損傷萌生準則和損傷演化準則可以參考https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1260993。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 利用umat子程序實現考慮濕熱效應的復合材料漸進損傷分析
濕熱環境的作用會導致復合材料本身的力學性能變化。 試驗研究表明，單向復合材料的力學性能在一定的濕熱范圍內單調變化，另一方面，濕熱環境在復合材料結構內產生濕熱變形與應力，導致基體、纖維或界面發生變化或破壞，從而使復合材料結構的剛度和強度發生變化。
濕熱應變可由下式表示
其中，熱應變為
濕度應變為
于是
損傷萌生準則和損傷演化準則等可以參考
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1260993
通過編寫umat子程序，可以計算得到以下結果
圖 1 損傷演化(上:纖維損傷；下:纖維間損傷)和載荷位移曲線
圖 2 濕熱環境對極限載荷的影響
參考文獻：劉玉佳, 燕瑛, 何明澤, et al. 濕/熱/力耦合條件下復合材料結構漸進損傷仿真[J]. 北京航空航天大學學報, 2012(03):103-107+112.
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Abaqus 復合材料雷擊后的電-熱-力多場耦合分析
當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉化為熱能，即產生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設耗散的電能全部轉換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
最后
建立如圖所示的平板進行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據溫度場確定雷擊導致的燒蝕區域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設置為1.然后結合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發現，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
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當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉化為熱能，即產生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設耗散的電能全部轉換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
建立如圖所示的平板進行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據溫度場確定雷擊導致的燒蝕區域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設置為1.然后結合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發現，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
有Abaqus相關的問題可以聯系扣扣1653004885
展開 基于Abaqus/Explicit的復合材料漸進損傷失效模型及VUMAT子程序講解分析（含詳細視頻教程）
(4) 單元測試，包括纖維拉伸和基體拉伸；如何調試子程序；對結果進行分析，包括應力，應變，初始損傷系數，損傷演化中的損傷系數，等效位移等等。
(5) 單軸拉伸模型的建立與結果分析，與abaqus自帶的二維hashin和漸進損傷對比。
(6) 模型的改進與結果分析，最終單軸拉伸的剛度誤差為-0.35%，最大應力誤差為-0.38%，失效應變誤差為-0.34%。
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復合材料漸進損傷失效VUMAT子程序詳解
https://www.yqgqt.org.cn/video/c246386
展開 復合材料加筋板漸進損傷
有沒有做這個方面的小伙伴，交流一下，有償
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 abaqus三維復合材料彈塑性+漸進損傷本構模型-3D VUMAT ￥145
對于纖維增強復合材料的模擬，在<a href="/major/ABAQUS中，集成了二維Hashin失效準則與多種損傷演化準則，但缺少三維的復合材料本構模型。
參考一篇已發表的SCI文章，使用Fortran語言建立三維平紋織物復合材料彈塑性、漸進損傷本構模型-Vumat子程序。平紋織物復合材料在1方向和2方向絲束性能近似相同。
該程序是博士期間學習復材子程序的小部分總結，編程結構并不是非常漂亮及完美，但確保能順利運行，且單元驗證結果與理論公式一致，介意請勿拍。
程序中塑性迭代部分并非主流的牛頓-拉夫遜和梯度下降方法，但經過驗證能夠適用于該模型，介意請勿拍。
附件內容：1. inp算例模型(低速沖擊工況，1/4模型，層間使用cohesive element) 2. 子程序 3 .使用方法 4.參考論文名稱
首先介紹該子程序的使用方法與效果
1. 在ABAQUS中建立三維復合材料模型，這里建立一個簡單的方塊。賦給材料方向，1,2方向分別表示絲束的方向，3方向表示垂直于1，2的方向，也就是面外方向。
2. 建立材料屬性
3. 建立顯示Explicit計算時間步，時間0.005，在場輸出中勾選輸出 SDV和 STATUS.
4. 劃分網格，賦給Explicit 3D stress單元類型，邊界條件根據需要設定即可，此處不再贅述。此處劃分為一個單元，使用12方向往復加載卸載。建立Job，提交模型前在Job中選擇該子程序，設置雙精度計算。
5. 查看結果，等效塑性應變在卸載時沒有變化，再次加載時剪切應力按照原來的路徑返回，剪切損傷在卸載時也保持不變。
6. 將該子程序應用在低速沖擊模型中，可以順利運行。
接下來簡要介紹該子程序的相關理論，子程序、參考的論文名稱以及輸入材料參數的對應含義打包在附件中。
展開 Abaqus用戶子程序USDFLD實例詳解-復合材料層壓板漸進損傷強度
Abaqus用戶子程序USDFLD實例詳解--復合材料層壓板漸進損傷強度分析
1、用USDFLD子程序漸進損傷分析方法分析層壓板的強度。
2、層壓板由25層單層板組成，單層板厚度為0.15mm。層壓板的鋪層順序、單層板的材料屬性見下表。
3、層壓板幾何尺寸：
厚度 T = 3.75mm;
寬度 W = 12mm；
長度 L >1.5W。
L可以任取，主要研究材料性能，為研究大部件性能做參考。
4、加載方式：沿長度方向施加壓縮載荷，在本例中施加位移載荷，讀取相應的力。
詳細步驟：
code.zip
Abaqus用戶子程序USDFLD實例詳解.rar
展開 
【理論知識】Hashin復合材料漸進失效模型原理及參數詳解
無論中文還是外文有關采用Hashin準則進行復合材料漸進失效分析的文章也是鋪天蓋地、數不勝數，Hashin于1980年發表的一篇單向纖維增強復合材料失效準則的文章被引用了3790次。在提出該理論時，本來是用于預測單向復合材料失效行為的，然鵝，目前大家基本都在將其應用于層壓板的失效預測。
關于Hashin準則的描述以及在WWFE中的表現，之前已經撰文描述過，此處不再贅述，感興趣的可以點擊下方鏈接了解詳情。
聊一聊世界復合材料失效運動會（WWFE）——搞復材失效而不知WWFE你就out了
復合材料失效理論知多少？（一）
本文主要講解一下Abaqus中使用Hashin失效判據以及基于能量的演化判據進行漸進失效分析時各種參數和變量的定義和來由。有一些讀者對這兩者的組合使用的非常熟練，但并不了解損傷演化過程中失效判據和臨界應變能釋放率是如何控制損傷擴展的，希望通過本文能幫助讀者對復合材料漸進失效分析有進一步的認識。
展開 UMAT/VUMAT從入門到進階子程序集合————復合材料系列 ￥66.59
UMAT/VUMAT從入門到進階子程序集合——Progressive damage analysis of Laminated Composites（PDALAC）層合板漸進損傷分析
==前情須知：以下內容為外網搬運，屬于難得的高質量子程序集合，由于完全開源，內容不涉及侵權，不涉及抄襲，內容收費并非版權收費==
適用人群：
1、關注復合材料漸進損傷分析的研究者
2、ABAQUS二次開發子程序編寫復合材料本構需求者
3、具備一定的自主學習能力和FORTRAN程序閱讀能力者
4、具備一定的英文閱讀能力的人（單詞不認識ctrl+c\ctrl+v查一下都不會的別碰）
5、不適合不具備獨立思考能力的人
6、歡迎各位大佬交流，如果有質量比較好的代碼互相分享，可以直接加我QQ互幫互助，計算力學相關來者不拒
由于技術鄰發帖內容有限，有需求的可以下載PDF深入了解本貼內容。
UMATVUMAT從入門到進階子程序集合——Progressive damage analysis of Laminated Composites（PDALAC）層合板漸進損傷分析系列.pdf
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展開 ABAQUS分析之美——UMAT漸進損傷強度分析案例轉載
《ABAQUS分析之美》里面的UMAT漸進損傷強度的案例，對程序和理論進行了詳細的說明，讓我有種豁然開朗的感覺，感謝編寫此書的各位老師，建議大家有條件購買此書。
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4、具備一定的英文閱讀能力的人（單詞不認識ctrl+c\ctrl+v查一下都不會的別碰）
5、不適合不具備獨立思考能力的人
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