機織復合材料建模的案例
機織復合材料細觀損傷分析仿真
我們經常說的平紋布、斜紋布就是一種機織材料。本文就以平紋機織復合材料為例，探討其損傷研究仿真方法。
機織復合材料力學性能研究方法
機織復合材料力學的研究發展的已經較為成熟，目前用的最多的就是多尺度分析，即從纖維束內部的微觀、到RVE（代表性單元：單胞）細觀、再到均質化處理的宏觀分析，逐層遞進獲取材料參數。
其中以細觀研究開展較多，也是初學者必須過的一道坎。這里面首個難點就是建模。當然如果我們借助英國諾丁漢大學開發的TexGen也可以完成建模和網格任務，但是掌握建模和網格技術對我們研究相關問題是十分有好處的。
我們需要搞清楚TEX單位與紗線截面積的換算關系，然后選擇一種截面作為紗線截面形狀（橢圓、圓、矩形、多邊形），再根據紗線位置關系，確定纖維軌跡。
平紋織物單元體截面示意圖（《基于嵌入式約束的機織復合材料細觀建模與分析》）
整完模型后，就要開始做網格。
比較麻煩的是樹脂網格，因為纖維束嵌入在樹脂內的，纖維的這種分布，在進行布爾運算的時候，樹脂區域會搞出很多薄片區，這使得網格劃分、收斂性成了問題。
為此，這里采用嵌入式約束解決這個問題。
嵌入式約束方法
商用軟件ABAQUS中內置的嵌入式約束（Embedded）可以模擬一種物體浸潤在另一物體內的完全耦合關系，在鋼筋混凝土的力學模擬中應用廣泛。
該方法無需對被浸潤物的幾何模型進行布爾運算，大大降低了建模和網格離散的難度與工作量。
也就是說這個時候，我們可以單獨處理網格和纖維的網格，然后在ABAQUS中施加Embedded即可。
Embedded模型
本構模型與子程序
纖維是橫觀各向同性，樹脂是各向同性的。因此我們需要在子程序中分別定義兩者的本構。
展開 體素思想—三維機織（2.5D）復合材料參數化網格技術
但是由于TexGen名氣實在太大，很多人比較認可，我們決定也基于體素思想，寫一版三維機織復合材料建模軟件。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202512/attachment/a4b4d9b46dc648e5abd437c2972ce7b0.png" style="display: inline-block;">
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展開 手搓TexGen—機織復合材料參數化建模技術
我研究生的小方向就是立體織物復合材料。盡管剛畢業改換到CFD領域的工作，但是我仍然對一個東西充滿執念。
那就是通過代碼參數化生成織物復合材料的細觀模型，就像英國諾丁漢大學的TexGen那樣。
盡管那時候代碼水平還比較基礎，但就是這個執念讓我不斷研究在數值仿真中網格到底應該如何表達，幾何如何轉換為網格，有了網格應該如何渲染，如何把復雜的織造參數和網格構建聯系起來。
限于自身當時的技術能力，利用業余時間，我在一年后才勉強實現了一個簡單平面機織的的胞元網格，并且可以導入到ABAQUS中使用。但是代碼運行效率很低，更復雜截面和更大尺度無法實現。
因為各種原因，這個工作就此擱置了。
直到前幾年，我導師請我幫忙編一個機織材料的性能預測軟件。我自覺編程和計算機圖形水平提升不少，決定把前面的工作撿起來。
需求牽引，先把最難的參數化建模搞定。
軌跡參數化建模與力學性能預測
用代碼做參數化建模最難的在哪呢？
首先是要建立好紗線之間的接觸關系，因為這是幾何的約束條件。這個約束條件，涉及到經緯紗的截面形狀、尺寸、紗線間距。最終得到的基礎軌跡線見下圖的紅線，這個基礎軌跡線十分重要，通過旋轉、平移就可以獲的更大的尺寸和數量。
如果一切都是參數，那么經紗跨過緯紗的個數、穿越的層數都是參數化的，這就要求基礎軌跡線的數學表達非常合理且高效。
第二難點，接截面隨軌跡的變化。我們假定截面時時刻刻垂直于當地的軌跡，那就像水管那樣，隨形而動。
實際上，到了這一步，基礎的建模問題就接近解決了。
最后一個難點是三維渲染。最不可小視的就是它，而且這一個應該最先做。
展開 機織復合材料紗線方向賦予 ￥18
<div contenteditable="false" width="100%">
<p><span style="font-family:'宋體';font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">機織復合材料方向</span><span style="font-family:'宋體';font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">賦予</span></p>
<p class="a a3"><span class="a a3">1. </span><span class="a a3" style="font-size:12.0pt;white-space:pre-wrap;">分段賦予方向</span></p>
<p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202303/126e50d847f22ed0c77d0cb14f66beb1.png" style="width:415.3pt;height:184.55pt;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/msimage/202303/126e50d847f22ed0c77d0cb14f66beb1.png?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/msimage/202303/126e50d847f22ed0c77d0cb14f66beb1.png?
展開 
手搓TexGen—機織蜂窩復合材料網格生成器
我讀研究生的時候第一個項目就是寫織物力學性能分析軟件，工作以后搞氣動、參加試飛，寫了翼型結冰、試飛數據處理、冰風洞試驗數據處理、圖片曲線數據提取、UG翼型自動建模等等各種軟件和工具。一直到現在幾乎專門從事工業軟件開發。
把力學、建模、前后處理、數據采集與分析等各類技術軟件化、工具化，已經是我個人的科研風格了。不能用、不實用的虛幻研究熱點和縫合怪課題，即便能做也寧可不做。
所謂科研的品味，就是你自己喜歡怎么做事情。比如有人擅用電鏡，還自感發了一堆CNS十分的牛逼。有人喜歡所有東西AI化，用商業軟件算點東西，再加點AI佐料，自感十分前衛。有人喜歡熱點，納米火的時候他搞納米，石墨烯火的時候他搞石墨烯。
這就沒辦法，他品味就是那個樣子。人間正道是滄桑，好路走起來難。
又扯遠了。關于手搓TexGen這個問題也是一樣。我們把機織蜂窩復合材料自動生成網格這個技術也軟件化。
纖維材料方向的處理
我們知道纖維束是橫觀各向同性的，橫觀各向同性只是聽起來像各向同性，它實質上還是個各向異性，需要根據其走向給單元賦材料方向。
由于我們事先建立了纖維軌跡的理論模型，三維網格也是通過截面貫穿軌跡得到的。這個技術方案天然地，就會在生成網格過程中，自然的得到局部材料坐標系，我們只需要在這個過程里把材料方向和網格數據一同儲存，隨后寫入inp中即可。
基體的處理
我們在《機織復合材料細觀損傷分析》一文中，已經闡明，可以采用嵌入式約束的方法將纖維和基體進行耦合，這樣可以不對基體做布爾運算，簡單的六面體網格進行基體單元的快速劃分。
對于機織蜂窩復合材料來說，這里會增加一個難題，就是基體也是蜂窩狀的，即它在空間中也是間斷的，不是連續的。這就不好用一個大的六面體進行包裹，因此網格難度增加了。
展開 手搓TexGen—三維機織（2.5D）復合材料參數化網格生成技術
我們可以把前面談到的參數化網格生成技術用到三維機織復合材料上，想做什么結構的網格就做什么結構的網格，還是網格質量更好的六面體。
三維機織復合材料參數化生成網格技術
看過前面文章的朋友應該知道，我們對于機織材料做網格，是直接跳過CAD模型這一步的。
直接根據幾何特點做網格，而不是先有CAD幾何。當然，這需要了解網格的構造原理。ABAQUS的六面體網格，只要知道構造網格的8個節點和排序規律，就可以用一行字符創建出網格。
類比到修真世界，就是口訣（代碼）+符咒（字符串）+陣法（數據排布）。
機織復合材料看似復雜、幾何參數多。但是由于周期性排布的特點，總能找到一個代表性單元。只要把握住這個代表性單元，就完成了一般的工作。
只要是經緯排布的紗線，我們總可以找到這樣一個基礎紗線軌跡（紅色線）：
然后用這個基礎軌跡，作對稱、平移等等，得到更大尺寸和更多數量的結構：
再之后就是將紗線截面沿著軌跡掃掠，邊掃掠，邊得到網格：
同時，根據軌跡生成材料局部坐標系：
三維機織復合材料參數化網格生成軟件
我們將上述方法集成到軟件中，就得到了快速創建網格的軟件：
纖維軌跡c
纖維網格
樹脂網格
效果
彎聯結構
直聯結構
嵌入式約束將樹脂和纖維耦合
展開 Abaqus纖維復合材料蜂窩板落錘沖擊仿真模型
內插0厚度cohesive單元以模擬分層
模擬過程采用puck子程序，有錄制整個建模操作視頻，可贈送復合材料層合板快速建模插件及蜂窩建模插件!
cae ￥20
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Abaqus纖維復合材料蜂窩板落錘沖擊仿真模型!
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內插0厚度cohesive單元以模擬分層
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模擬過程采用puck子程序，有錄制整個建模操作視頻，可贈送復合材料層合板快速建模插件及蜂窩建模插件!
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cae,inp文件及ODB文件，操作視頻(注意：并未含puck子程序，僅作學習參考)
</div><p><br></p>
展開 WoundSim2020復合材料神器，能聯合abaqus完成各種復合材料的建模仿真 ￥599
就像WCM插件一樣，生成的Abaqus模型可以直接運行，其中包括：
圖層幾何和分區
清潔儲層網格生成
變換后的材料特性
根據垃圾箱分配的部分
模擬以驗證所有要求的儲層需求：
靜態和動態爆破壓力
熱膨脹
動態跌落測試和影響
循環和疲勞評估
ABAQUS結果
WoundSIM具有先進的材料特性，可以進行先進的后處理和復合材料層故障預測。
預編譯的用戶子例程可訪問高級輸出，例如
繞組角度，纖維和基體應力和應變，損傷參數和復合材料襯板界面損傷。
WoundSIM到Abaqus的界面提供了許多無縫的后處理功能，例如專用的路徑繪制和輪廓繪制工具，就像WCM插件中包含的那樣。
參數COPV建模
WoundSIM提供了高級工程功能和集成算法，從而為復合材料仿真設計人員和模擬工程師提供了多種功能。
下面列出了其中一些功能：
參數化設計能力
實驗設計
批處理
儲層幾何靈活性研究
與其他軟件插件的相關性
高級模型關聯
后處理高級圖像處理
展開 Abaqus復合材料殼單元建模—姊妹篇1：常規建模step-by-step
采用商業有限元軟件Abaqus進行復合材料結構建模時，一般有兩種建模方法：常規建模方法和Composite layup快速建模方法，主要差異在創建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系方面，常規建模方法和一般商業軟件類似，將創建材料、創建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系四個步驟分離，通用性較強，尤其是對于包含UMAT/VUMAT子程序開發的復合材料分析模型或者是三維實體單元顯式動力學分析模型，僅支持該類建模方法；Composite layup快速建模方法將創建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系三部分內容集成在一起，可一次性完成設置，效率較高。本文先從最基本的常規建模方法講起。
一般對于大尺寸復合材料結構，跨厚度比例大，滿足板殼理論的假設，采用殼單元就能獲得高的求解精度。殼單元計算效率高，結合二維損傷起始判據判據（Hashin, Tsai-W, Maxe, Maxs等）可以預測結構的危險區域和危險程度，另外，Abaqus自身還內嵌了二維Hashin的漸進損傷分析模型，采用Hashin失效判據去判斷損傷起始，損傷起始以后采用基于能量演化的連續退化準則對材料剛度進行退化。
Abaqus中常用的殼單元類型有S4、S4R、S8R等。以下介紹復合材料開孔板殼單元模型的建模步驟。
第1步：繪制幾何
在Part模塊下繪制幾何，幾何類型為3D-Deformable- Shell，草圖如下：
繪制完草圖后，退出草圖，得到開孔板的幾何模型，如下：
第2步：創建材料
與復合材料殼單元對應的是2D材料模型Lamina，將視圖切換至Property模塊，點擊創建材料按鈕，在跳出窗口中選擇Mechanical→Elasticity→Elastic選項，在材料類型下拉框中選擇Lamina，如下圖所示。
展開 Abaqus復合材料殼單元建模—姊妹篇2：layup快捷建模step-by-step
采用商業有限元軟件Abaqus進行復合材料結構建模時，一般有兩種建模方法：常規建模方法和Composite layup快速建模方法，主要差異在創建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系方面，常規建模方法和一般商業軟件類似，將創建材料、創建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系四個步驟分離，通用性較強，尤其是對于包含UMAT/VUMAT子程序開發的復合材料分析模型或者是三維實體單元顯式動力學分析模型，僅支持該類建模方法；Composite layup快速建模方法將創建屬性、賦屬性和指定鋪層坐標系三部分內容集成在一起，可一次性完成設置，效率較高。本文先從最基本的常規建模方法講起。
上一篇已經講解了最基本的常規建模方法，本篇將繼續介紹采用Composite layup實現快速建模，兩篇有明顯差異的地方用紅色字體進行了標注，以利于區分。同樣先介紹復合材料殼單元模型快速建模方式。
第1步：繪制幾何
在Part模塊下繪制幾何，幾何類型為3D-Deformable- Shell，草圖如下：
繪制完草圖后，退出草圖，得到開孔板的幾何模型，如下：
第2步：創建材料
與復合材料殼單元對應的是2D材料模型Lamina，將視圖切換至Property模塊，點擊創建材料按鈕，在跳出窗口中選擇Mechanical→Elasticity→Elastic選項，在材料類型下拉框中選擇Lamina，如下圖所示。
表格中的6個數據分別為縱向（沿纖維方向）彈性模量、橫向（垂直于纖維方向）彈性模量、面內泊松比以及三個方向的剪切模量。與其他商業有限元軟件不同的是，即使是對于二維材料模型，仍然需要輸入面外的剪切模量G13和G23，這兩項數據是用于定義殼的橫向剪切行為。
一個復合材料分析模型中可以包含多種材料模型，例如不同的鋪層采用不同的材料。
展開 ansys復合材料建模
我剛學ansys沒多久，畢設建立了一個半導體激光器的芯片模型，打算對它進行熱分析，結果芯片模型有點復雜，我學長說用復合材料建模，請問這是什么意思，能舉個例子具體操作一下嗎？感謝各位大佬!
Abaqus復合材料建模腳本
復合材料自動建模腳本，直接上圖，需要的站內聯系
復合材料模型建模與分析
復合材料模型建模與分析.doc
1．Cohesive單元建模方法
1.1 幾何模型
使用內聚力模型（cohesive zone）模擬裂紋的產生和擴展，需要在預計產生裂紋的區域加入cohesive層。建立cohesive層的方法主要有：
方法一、建立完整的結構（如圖1（a）所示），然后在上面切割出一個薄層來模擬cohesive單元，用這種方法建立的cohesive單元與其他單元公用節點，并以此傳遞力和位移。
方法二、分別建立cohesive層和其他結構部件的實體模型，通過“tie”綁定約束，使得cohesive單元兩側的單元位移和應力協調，如圖1（b）所示。
（a）cohesive單元與其他單元公用節點 （b）獨立的網格通過“tie”綁定
圖1.建模方法
上述兩種方法都可以用來模擬復合材料的分層失效，第一種方法劃分網格比較復雜；第二種方法賦材料屬性簡單，劃分網格也方便，但是裝配及“tie”很繁瑣；因此在實際建模中我們應根據實際結構選取較簡單的方法。
1.2 材料屬性
應用cohesive單元模擬復合材料失效，包括兩種模型：一種是基于traction-separation描述；另一種是基于連續體描述。其中基于traction-separation描述的方法應用更加廣泛。
而在基于traction-separation描述的方法中，最常用的本構模型為圖2所示的雙線性本構模型。它給出了材料達到強度極限前的線彈性段和材料達到強度極限后的剛度線性降低軟化階段。 注意圖中縱坐標為應力，而橫坐標為位移，因此線彈性段的斜率代表的實際是cohesive單元的剛度。曲線下的面積即為材料斷裂時的能量釋放率。
展開 復合材料建模模塊（CMA）概述
通常情況下，在進行仿真分析中，復合材料鋪層都是按照理想設計進行分析的。而在復合材料實際的加工制造過程中，纖維鋪層不可避免地會發生折疊、交錯，因此纖維的方向以及鋪層的厚度都會發生變化。如果再按照理想設計的復合材料鋪層去進行分析計算，就得不到真實結構的力學性能。
Composite
Modeler
for
Abaqus/CAE（CMA）確保在建模初始階段就能考慮鋪層的的工藝性能，確保復合材料鋪層在工藝上的可行性。這樣避免了日后在研發周期上由于重新設計而增加的成本。此模塊還可以生成制造數據以確保最終的零件與分析模型相符。
CMA補充和擴展了Abaqus/CAE強大的復合材料仿真能力，并與Abaqus/CAE完美的融合在了一起。此外，憑借其與其他環節的直接融合能力，實現了整個企業設計與制造的緊密聯系。
目前，由CMA得到的空間中不斷變化的纖維方向和鋪層厚度可直接提供給非線性隱式算法和顯式求解器，實現真實地仿真計算。因而在每個單元產生鋪層角度，真實反應了仿真和實際纖維結構，這些功能確保計算中可達到前所未有的真實性。
如下圖所示，對于彎曲的幾何結構，當某些單向帶/織物存在覆蓋情況時需要考慮局部的纖維方向，計劃的坐標系統可能無法正確地考慮彎曲幾何結構。要確保提議的將要制造的鋪層具有實際可生產性Abaqus
航空航天行業解決方案
。
另外，CMA使復合材料結構的分析、設計和制造完美的結合在一起。使用CMA，可以將Abaqus/CAE創建的模型可以直接倒入到CATIA
V5中進行細節設計，也可以將CATIA
CPD中設計的復合材料模型以及鋪層導入到Abaqus/CAE中。
展開 abaqus隨機骨料投放，顆粒增強復合材料建模 ￥50
<p>內含4種隨機投放模型：</p><p>1、基體為圓柱，隨機投放的兩種半徑范圍的實心顆粒</p><p>2、基體為圓柱，隨機投放空心有厚度球體，球體半徑固定</p><p>3、三維大小隨機、位置隨機球體投放，基體為四面體</p><p>4、隨機大小、位置、傾斜角的正六邊形（可設置倒角，不干涉）投放，基體為正四邊形</p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31);">球體之間互不干涉，可自定義基體尺寸，球體大小、位置、體積占比。</span></p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center"><figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png" style="display: inline-block;"><img src="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202509/attachment/87f43732e2054029811fb62f55efaf1b.png
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