ABAQUS纖維增強復合材料的案例
連續纖維增強復合材料力學性能測試方法
基于ABAQUS對連續纖維增強復合材料進行仿真時，我們需要獲得纖維板的基礎力學性能參數，一般通過兩種途徑：（1）當不具備實驗測試條件時，可以查閱相關文獻資料，但是常常不能匹配我們使用的特定材料。（2）具備實驗測試條件，一般高校實驗室是配備相關儀器的，這時我們根據相關標準，制作標準樣條，測試纖維板的力學性能。
在ABAQUS中我們常用下圖中所示的面板設置纖維復合材料的彈性參數和強度參數。
abaqus纖維增強復合材料
纖維增強復合材料仿真時，基體所受的載荷怎么傳遞給纖維，是通過設置纖維與基體的接觸嗎？又或者是基體傳遞給界面cohesive單元再傳遞給纖維
基于Abaqus的隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件
復合材料研究是目前一個較為熱門的方向，復合材料主要分為：①纖維增強復合材料②夾層復合材料③顆粒復合材料④混雜復合材料；對于纖維增強復合材料來說，又分為連續增強復合材料、短纖維增強復合材料。短纖維增強復合材料，其優點在于比強度高、比模量大、可設計性高、耐腐蝕、抗疲勞等，因此成為近年來的研究熱門。
有限元仿真是研究材料力學性能的重要手段，而仿真的第一步即為模型的建立。由于短纖維增強復合材料的有限元模型需要考慮隨機的纖維分布，如果纖維束數量較多，則手動在abaqus中直接建模工作量會過于繁重，因此本文介紹了一種基于abaqus的建模插件，可以成功快速實現隨機纖維增強復合材料拉伸試樣模型的建立。
接下來對隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件進行介紹
一、 算法
此插件核心在于生成不相交的纖維，因此選擇選用解析幾何方法對隨機生成的纖維是否與已經生成的纖維進行相交判斷，有以下兩個難點：
難點一在于纖維是有限長度，轉化為數學模型即為線段之間的最小距離大于二倍纖維半徑，因此應將判斷分為多種情況，①直線之間最短距離為線段之間最短距離，②線段之間最短距離大于直線之間最短距離，由此進行判斷纖維是否相交；
難點二在于如何生成給定纖維體積含量的模型，若直接生成足夠纖維數量的模型，可能會導致纖維體積含量高或低，與預期纖維體積含量有誤差，在此采用不斷逼近的方法，即先生成由體積含量計算的纖維數量，由于纖維還需進行切割，因此此時的纖維體積含量肯定小于預期的纖維體積含量，接下來對此時纖維體積含量與預期纖維體積含量進行比較，若此時纖維體積含量與預期纖維體積含量之差乘試樣總體積大于一個纖維體積，則繼續生成纖維，若此時纖維體積含量與預期纖維體積含量之差乘試樣總體積不足以生成一根纖維，則停止生成。
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 
基于Abaqus的隨機纖維增強復合材料拉伸試樣建模插件2.0
復合材料研究是目前一個較為熱門的方向，復合材料主要分為：①纖維增強復合材料②夾層復合材料③顆粒復合材料④混雜復合材料；對于纖維增強復合材料來說，又分為連續增強復合材料、短纖維增強復合材料。短纖維增強復合材料，其優點在于比強度高、比模量大、可設計性高、耐腐蝕、抗疲勞等，因此成為近年來的研究熱門。
有限元仿真是研究材料力學性能的重要手段，而仿真的第一步即為模型的建立。由于短纖維增強復合材料的有限元模型需要考慮隨機的纖維分布，如果纖維束數量較多，則手動在abaqus中直接建模工作量會過于繁重，因此本文介紹了一種基于abaqus的建模插件，可以成功快速實現隨機纖維增強復合材料拉伸試樣模型的建立。
一、新增功能
爭對此，可對隨機纖維增強復合材料拉伸試樣進行插件建模，在前一版本中，主要基于下面的標準試樣進行短纖維模型的建立。
插件版本1.0
但是實際中，不同研究人員所用拉伸試樣尺寸可能不一致，為解決這一問題，發布了復合材料拉伸試樣插件2.0版本了，在該版的插件中，我們將拉伸試樣的尺寸考慮在內，將試樣尺寸變成為用戶自定義的參數。
展開 【免費】ABAQUS中纖維增強水泥基復合材料/混凝土/SHCC/ECC/FRC的損傷塑性模型
應變硬化水泥基復合材料（SHCC）是一種高性能纖維增強水泥基復合材料，呈現多裂紋開裂機制與高延性，極限拉伸應變可達3%~8%，裂紋平均寬度約為60 μm。近年來，SHCC/ECC的理論研究以及工程應用不斷增加，尤其是在其優越的拉伸性能和在抗震結構中的應用。如俞可權等將PE纖維配置了超高性能工程水泥復合材料，其抗壓強度約為120 MPa，抗拉強度高達12 MPa，拉伸應變能力超過8％。本貼介紹纖維增強混凝土（SHCC/ECC/FRC）的損傷塑性模型，分為四個部分，首先介紹真實應力和真實應變的轉換，然后介紹SHCC/ECC/FRC的應力-應變關系，再介紹SHCC/ECC/FRC的損傷塑性模型，最后進行四點彎曲梁的累加循環仿真計算。
1. ABAQUS中真實應力與真實應變
ABAQUS中必須用真實應力和真實應變來定義塑性。而大多數實驗（單軸拉伸、單軸壓縮等）得到的是名義應力和名義應變。故必須將實驗得到的名義應力和名義應變轉換為真實應力和真實應變，從而得到ABAQUS中需要的材料參數。
考慮塑性變形的不可壓縮性，真實應力與名義應力間的關系:
得到：
令
可以得到真實應力與名義應力、名義應變的關系：
真實應變與名義應變的關系：
2. SHCC/ECC/FRC的應力-應變關系
SHCC/ECC在單軸拉伸時呈現應變硬化現象，其簡化的本構關系較為常見的有兩種：理想彈塑性模型和線性強化彈塑性模型。在本帖中，采用線性強化彈塑性模型。
展開 短纖維增強復合材料力學仿真技術
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
作者：陳科夫 上海安世亞太結構應用工程師
本文共計1180字，閱讀時間預計4分鐘
編者按
作者詳細分析了短纖維增強復合材料力學仿真技術的應用領域和實際意義，并具體闡述了Mechanical 2021R1中實現短纖維增強復合材料的力學分析過程。
什么是短纖維增強復合材料
短纖維增強復合材料具有制造快速、力學性能好等優點，已成為傳統材料的重要替代品。目前被廣泛應用于交通運輸、航空航天等工程領域。準確地預測短纖維增強復合材料的力學性能對于實際工程應用具有重要意義。
針對短纖維增強復合材料細觀隨機分布的特征，基于RVE的有限元法，可以很好的對復合材料的力學特性進行仿真，并且能夠滿足復合材料設計要求。
如何實現力學分析
ANSYS Mechanical 2021R1短纖維增強復合材料力學特性仿真功能得到了增強，該功能能夠模擬注塑材料的真實和復雜細節，如纖維的方向和零件中存在的注塑應力等。下文主要闡述在Mechanical 2021R1中如何實現短纖維增強復合材料的力學分析。
總體上需要建立圖1的項目流程并分析一個短纖維復合材料注塑而成的簡單模型。其中Material Designer模塊主要計算短纖維復合材料各向異性彈塑性力學性能。Injection Molding Data 為2021R1版本的新增模塊，可以導入專業注塑成型仿真軟件的相應結果，為后續分析提供輸入條件。
展開 纖維增強復合材料切削參考資料
CFRP纖維方向對切削過程影響規律的仿真研究.pdf
纖維增強復合材料（FRP）在學校外墻設計中的應用
Chaudhuri表示，該團隊最大的困難之一是找到能夠提供最佳的設計靈活性、模塊化和成本的正確材料組合。在對幾種不同的復合材料和非復合材料進行試驗后，該團隊確定了一種玻璃纖維氈增強聚丙烯系統能夠最好地滿足其需求。每個面板僅重154磅。
該團隊創建了一個由鋼鐵制成的網格狀框架，以與FRP面板相匹配。鋼z型材被嵌在嵌板中，這樣它們就可以被固定在建筑物上。結構混凝土板突出于建筑物表面，以確保正確數量的面板可以安裝在立面的所有表面上。這使面板更容易從后面工作，并確保更好的采光。這些面板安裝在不同的方向上，以使立面具有隨機效果。建成后，立面環繞著27,000平方英尺的建筑物。
在視覺上，“建筑的墻壁和窗戶的灰色環氧背景將白色的FRP外墻展現出來，非常壯觀。制造、運輸、安裝、油漆和清潔，整個外立面系統花了四個月的時間才完成。這種戲劇性的表達和準確無誤的標志性效果正是我們所希望的。”Chaudhuri說。
展開 連續纖維增強高性能熱塑性復合材料 應用現狀
此外，在飛行器服役過程中的沖擊載荷、高低溫環境、濕熱環境等均對復合材料的使用提出了較高的要求。連續纖維增強高性能熱塑性復合材料（CF/PEEK，CF/PPS等），相比于傳統熱固性復合材料，具有更明顯的性能優勢，滿足航空領域應用的多種需求。隨著國外基礎研究的深入和工業制造能力的提升，以及材料成本和制造成本的降低，近年來CF/PEEK熱塑性復合材料憑借優異的性能開始在眾多領域開展應用研究。目前，處于研究階段的部件主要集中在航空、航天、船舶、石油以及高端民用制造領域。部分已經應用和正在科研攻堅的部件如圖5所示，這些應用和研究進展表明連續纖維增強高性能熱塑性復合材料，尤其是CF/PEEK熱塑性復合材料的廣闊前景。
圖5 CF/PEEK熱塑性復合材料已經應用和正在研發的部件實例
（a）衛星支架或蒙皮；（b）機翼前緣；（c）彈艙門；（d）發動機機匣和風扇葉片；（e）直升機旋翼槳轂和起降支承；（f）采油管道
國內對于連續纖維增強高性能熱塑性復合材料制件的結構設計與應用尚處于起步階段，高性能熱塑性復合材料的上游材料即高性能熱塑性預浸料的批量化生產尚屬空白，追趕國外高性能熱塑性復合材料設計和制造技術，積累國內熱塑性復合材料設計和制造經驗仍是當前研究的重要內容。
原文出處：
連續纖維增強高性能熱塑性樹脂基復合材料的制備與應用（點擊“題目”可鏈接全文）
肇 研，劉寒松
2020, 48(8): 49-61
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2020.000209
展開 日本教授開發纖維增強復合材料微波分離回收工藝
根據日本產經新聞社6月19日報道，日本崇城大學工學部碳納米學科副教授池永和敏領導的團隊開發出一種纖維增強復合材料微波分解技術。該技術利用微波對纖維和樹脂進行分離，為FRP廢棄物的回收再利用打開了全新的思路。自2016年日本熊本地震過后，受災地區有大量FRP制品遭到破壞，該技術的開發有望給予這些制品新的生命。
纖維增強復合材料是將玻璃纖維等纖維材料與樹脂結合固化后形成的輕質高強新材料，便于設計加工，用途廣泛，目前在小型船舶、汽車、軌道車輛、浴缸、凈化槽、安全帽等產品上有所應用。
有關FRP材料的分解、回收和再生一直是研究人員關注的課題。人們嘗試用化學藥劑對其進行分解，但僅局限于聚丙烯、聚乙烯等熱塑性材料。對于應用范圍更廣的熱固性復合材料卻沒有形成一套完備的回收再生技術，因此只能以破壞填埋的方式進行處理。
池永和敏教授常年來專注于高分子化學領域塑料回收技術的研發工作，擁有微波加熱分解PET材料的專利技術。他表示FRP和PET材料在化學構造上多有相似之處，因此亦可通過微波加熱的方式，破壞纖維與樹脂之間通過固化形成的分子聯結，獲得分離之后的纖維和液態樹脂。隨后，通過加入特殊的醇類物質，可以重新獲得所需的FRP制品。
2016年日本熊本地震導致4萬戶民宅受損，3萬臺浴缸廢棄，產生了約600噸的FRP廢棄物。自2016年6月起，池永教授從受災地區回收浴缸用于研究，并受到了當地社團的幫助。但是出于增加強度的考慮，這些浴缸在生產時都添加了碳酸鈣粉末，這給FRP的回收工作帶來不小的困難。即便采用了現有的離心機也無法將這些碳酸鈣粉末分離出去。池永教授呼吁有志企業參與到他的研究項目中去，幫助提升回收效率、降低成本，并建設實驗工廠。
碳纖維https://www.hongyantu.com/index.php?r=good&cd=14&cd2=1402
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碳纖維增強復合材料螺栓連接結構文件 ￥3
文件
請問關于單向纖維增強復合材料軸向模量
在純彎曲情況下，彎曲模量和拉伸模量是否相等？沿軸向的拉伸模量和壓縮模量是否相等？
連續纖維增強熱塑性復合材料工藝及應用
來源：SAMPE
作者：姚志佳
一、概述
連續纖維增強熱塑性復合材料由于其輕質、高剛度、高韌性等特性，在汽車工業，航空航天，軍工，電子等諸多領域已經廣泛的應用。連續纖維增強熱塑性復合材料（CFRTP）是以連續纖維作為增強材料，以熱塑性樹脂為基體，通過將熱塑性樹脂熔融浸漬的工藝制造的高強度、高剛性、高韌性的復合材料。可選用的增強材料包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、植物纖維、以及玄武巖纖維。可以選用的樹脂基體有PP、PE、PA6、PA66、PC、PET、TPU、PPS、PEEK等。根據產品性能及成型要求的不同，增強材料的形態可以是單向的，也可以是織物。
盡管短纖維和長纖維熱塑性復合材料占整個熱塑性復合材料市場的主導地位。但由于連續纖維獨特的特點，近年來國際上連續纖維增強熱塑性復合材料市場仍然保持著快速增長，國外行業巨頭也正將連續纖維增強的熱塑性復合材料及相關企業作為重點開發方向和并購的首選標的。其中朗盛收購了德國Bond-Laminates、三菱收購QPC、東麗公司收購荷蘭的Tencate；而韓華、巴斯夫、科思創、英力士等化工巨頭也都推出了相應的連續纖維增強熱塑性復合材料。
目前，掌握連續纖維增強熱塑性復合材料技術的企業主要集中在德國、荷蘭、英國、美國等少數歐美國家。我國有部分企業掌握了一部分連續纖維增強熱塑性復合材料的技術，但是在連續纖維增強特種工程塑料復合材料方面，我國與國外依舊存在非常大的差距。
展開 什么是碳纖維增強聚醚醚酮復合材料（CF/PEEK）？
碳纖維增強聚醚醚酮復合材料（CF/PEEK），指碳纖維以粉末、顆粒、連續纖維（長纖維）或者織物形式增強聚醚醚酮樹脂基的復合材料。其中碳纖維以織物形式存在的簡稱為CFF/PEEK。復合材料中，樹脂基體賦予了優良的力學性能、熱性能、耐化學腐蝕性和易加工性能；增強纖維則主要決定了復合材料的機械性能。
目前江蘇君華生產的熱塑性PEEK碳纖維復合材料，已通過力學性能測試，被多家國內知名醫療器械單位用于醫療加工髓內釘器械的瞄準架。目前驗證下來發現，熱塑性CF/PEEK碳纖維復合材料加工的瞄準架透光性好，強度高，尺寸穩性定，100次消毒后依然可以精準定位。
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