復(fù)合材料拉伸的案例
基于Abaqus的隨機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸試樣建模插件
復(fù)合材料研究是目前一個(gè)較為熱門的方向，復(fù)合材料主要分為：①纖維增強(qiáng)復(fù)合材料②夾層復(fù)合材料③顆粒復(fù)合材料④混雜復(fù)合材料；對于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來說，又分為連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料、短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其優(yōu)點(diǎn)在于比強(qiáng)度高、比模量大、可設(shè)計(jì)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(xué)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(qiáng)復(fù)合材料的有限元模型需要考慮隨機(jī)的纖維分布，如果纖維束數(shù)量較多，則手動(dòng)在abaqus中直接建模工作量會(huì)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(shí)現(xiàn)隨機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸試樣模型的建立。
接下來對隨機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸試樣建模插件進(jìn)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(jī)生成的纖維是否與已經(jīng)生成的纖維進(jìn)行相交判斷，有以下兩個(gè)難點(diǎn)：
難點(diǎn)一在于纖維是有限長度，轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型即為線段之間的最小距離大于二倍纖維半徑，因此應(yīng)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(jìn)行判斷纖維是否相交；
難點(diǎn)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(shù)量的模型，可能會(huì)導(dǎo)致纖維體積含量高或低，與預(yù)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(jì)算的纖維數(shù)量，由于纖維還需進(jìn)行切割，因此此時(shí)的纖維體積含量肯定小于預(yù)期的纖維體積含量，接下來對此時(shí)纖維體積含量與預(yù)期纖維體積含量進(jìn)行比較，若此時(shí)纖維體積含量與預(yù)期纖維體積含量之差乘試樣總體積大于一個(gè)纖維體積，則繼續(xù)生成纖維，若此時(shí)纖維體積含量與預(yù)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的隨機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸試樣建模插件2.0
復(fù)合材料研究是目前一個(gè)較為熱門的方向，復(fù)合材料主要分為：①纖維增強(qiáng)復(fù)合材料②夾層復(fù)合材料③顆粒復(fù)合材料④混雜復(fù)合材料；對于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來說，又分為連續(xù)增強(qiáng)復(fù)合材料、短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，其優(yōu)點(diǎn)在于比強(qiáng)度高、比模量大、可設(shè)計(jì)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(xué)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(qiáng)復(fù)合材料的有限元模型需要考慮隨機(jī)的纖維分布，如果纖維束數(shù)量較多，則手動(dòng)在abaqus中直接建模工作量會(huì)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(shí)現(xiàn)隨機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸試樣模型的建立。
一、新增功能
爭對此，可對隨機(jī)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉伸試樣進(jìn)行插件建模，在前一版本中，主要基于下面的標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行短纖維模型的建立。
插件版本1.0
但是實(shí)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(fā)布了復(fù)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(nèi)，將試樣尺寸變成為用戶自定義的參數(shù)。
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【iSolver案例分享52】復(fù)合材料層合板彈性拉伸仿真
【iSolver案例分享52】復(fù)合材料層合板彈性拉伸仿真
引言：復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能，廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)有限元軟件iSolver已發(fā)展到一定階段，現(xiàn)采用結(jié)構(gòu)有限元軟件iSolver進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，iSolver可使用全自主的前后處理或者Abaqus作為前后處理工具。本文以標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合材料層合板試樣的彈性拉伸仿真分析為例，采用Abaqus前后處理，模型分別輸入到iSolver求解器和Abaqus進(jìn)行計(jì)算，并比對兩種有限元軟件的計(jì)算結(jié)果。
（1） 模型尺寸與網(wǎng)格
拉伸試件模型形狀為長方形，幾何尺寸根據(jù)聚合物基復(fù)合材料拉伸性能標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法確定，截面草圖如下圖所示。層合板單層厚度0.2mm，鋪層順序?yàn)椋偤穸葹?.6mm。
拉伸模型草圖尺寸
采用C3D8R單元對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分結(jié)果如下圖所示。注意：由于層合板具有8層，因此對模型劃分網(wǎng)格時(shí)，厚度方向應(yīng)為8的倍數(shù)個(gè)網(wǎng)格，本案例中使用8個(gè)網(wǎng)格。
（2） 材料及單元屬性
由于復(fù)合材料層合板在宏觀表現(xiàn)為線彈性力學(xué)行為，因此本模型中只需要對其賦予彈性屬性，單層板的材料屬性如下圖所示。
單層板材料屬性
使用abaqus自帶的composite layup功能對幾何模型進(jìn)行層合板設(shè)置，分別設(shè)置鋪層角度。
復(fù)合材料層合板設(shè)置
最后復(fù)合材料層合板模型可以通過查詢鋪層查看其鋪層信息，如下圖所示。
復(fù)合材料層合板鋪層信息
（3） 邊界條件
分別在兩個(gè)端面處建立參考點(diǎn)RP-1與RP-2，分別與兩個(gè)端面進(jìn)行耦合約束，方便施加載荷約束與載荷位移曲線結(jié)果的提取。左端固定，右端施加沿x方向的拉伸載荷2mm。
展開 超薄電子產(chǎn)品外殼用復(fù)合材料動(dòng)態(tài)拉伸力學(xué)行為特征及其失效機(jī)理研究
圖1 消費(fèi)電子產(chǎn)品
聚碳酸酯（PC）及其復(fù)合材料因其優(yōu)異的綜合性能，已成為高端電子產(chǎn)品外殼的首選材料。然而，該復(fù)合材料在服役時(shí)極易受到較強(qiáng)的沖擊載荷，因此，掌握纖維增強(qiáng) PC 復(fù)合材料在寬應(yīng)變率范圍內(nèi)的力學(xué)行為特征和失效機(jī)理顯得尤為重要。
本文使用注塑成型工藝制備玻璃纖維增強(qiáng) PC 復(fù)合材料，在 0.001～ 1000 s-1應(yīng)變率范圍內(nèi)開展纖維方向不同的玻璃纖維增強(qiáng)PC復(fù)合材料的拉伸力學(xué)行為實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合掃描電鏡對材料的失效機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)分析。
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樣品制備
實(shí)驗(yàn)采用與商業(yè)化電子產(chǎn)品外殼相同的制備工藝——注塑成型，確保材料微觀結(jié)構(gòu)與實(shí)際產(chǎn)品一致。材料體系為短玻璃纖維增強(qiáng)PC復(fù)合材料，玻璃纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，纖維長度控制在0.1-0.2mm。
制備的平板試樣厚度控制在2.0mm，隨后按0°（流動(dòng)方向）、45°和90°（垂直流動(dòng)方向）三個(gè)方向切割成標(biāo)準(zhǔn)測試試樣，模擬外殼注塑成型后不同位置的纖維取向狀態(tài)。
圖2 拉伸試件的加工及試件尺寸（單位：mm）
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評價(jià)方法設(shè)計(jì)
不同應(yīng)變率下的拉伸實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。
準(zhǔn)靜態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)在電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上（圖3）開展，試件標(biāo)距段長度為 7 mm，因此，設(shè)置拉伸速率為 0.007 mm/s。
圖3 25t電子萬能試驗(yàn)機(jī)
中應(yīng)變率拉伸實(shí)驗(yàn)設(shè)備為高速拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)（圖4），設(shè)置拉伸速率為 7 mm/s。
圖4 高速拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)
動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)在分離式霍普金森桿裝置（見圖 5）上開展。動(dòng)態(tài)拉伸實(shí)驗(yàn)中，采用高強(qiáng)度粘膠將試件粘貼于入射桿和透射桿之間，氣室中的壓縮氣體推動(dòng)炮管內(nèi)圓環(huán)管，圓環(huán)管撞擊入射桿端部的法蘭盤，在入射桿內(nèi)部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力波。
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請問有老哥知道復(fù)合材料的熱拉伸模擬怎么做嗎？就是先加恒定的熱通量一段時(shí)間，然后拉伸？還有就是如果做實(shí)驗(yàn)的話用什么儀器來做呀？
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Abaqus纖維復(fù)合材料開孔板拉伸試驗(yàn)，已實(shí)現(xiàn)層合板斷裂，且已解決網(wǎng)格畸變問題，層間內(nèi)插0厚度cohesive單元，模型采用puck失效準(zhǔn)則
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Abaqus復(fù)合材料螺栓連接件拉伸
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顯示動(dòng)力學(xué)
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層間插入Cohesive層模擬分層
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有錄制整個(gè)建模操作視頻
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