復合材料細觀建模的案例
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 ANSYS混凝土三維隨機骨料 混凝土細觀 隨機球體 顆粒增強復合材料建模
研究進展
通過ANSYS進行混凝土細觀模型的構建是進行混凝土性能分析的有效方法，在ANSYS內構建混凝土細觀模型是分析的前提。現階段在ANSYS內進行隨機混凝土模型構建的主流方法是通過APDL命令流等形式，這要求研究者應具有一定的程序設計能力。
為了方便快捷的構建出混凝土細觀幾何模型，這里提出另一種建模方案，通過AutoCAD模型導入的方式，實現無編程構建混凝土隨機骨料。
模型構建
1、CAD模型生成
首先采用CAD隨機球體顆粒插件在AutoCAD內構建三維球體幾何模型：
插件可指定生成隨機分布的不相交的球體顆粒，同時生成與球體顆粒裝配的帶有孔洞的長方體基體。同時對顆粒的粒徑大小、比例等都能進行控制。
將生成的三維球體幾何模型導出為.sat格式文件備用。
2、ANSYS Workbench 導入
打開ANSYS Workbench，在幾何內進行導入預先保存的.sat文件：
后續進行網格劃分等操作，在ANSYS Workbench內進行即可：
插件下載
建模用到的CAD插件下載：
CAD隨機球體顆粒插件
展開 Abaqus復合材料仿真指南：UMA/VUMAT子程序、Cohesive單元入門（資源分享，錯過后悔
Texgen編織復合材料建模平臺與Abaqus的聯合使用
TexGen是處理編織復合材料專業軟件，通過TexGen建立紡織復合材料的細觀實體結構模型,并實現結構模型的參數化,之后將其導入ABAQUS，進行進一步前處理。完成編織復合材料細觀結構模型的有限元分析全流程。
3.ABAQUS-復合材料工程應用案例一-碳纖維復合材料泡沫夾層板落錘沖擊損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的碳纖維增強樹脂基復合材料泡沫夾層板落錘沖擊損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，碳纖維樹脂基復合材料表層的材料本構參數設置、泡沫材料的彈塑性可壓縮本構模型、沖擊體和板材的網格劃分技巧以及如何去調試模型的收斂性，在結果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉化如何去分析，附件里提供模型源文件。
六.案例/程序分享
1.Abaqus復合材料層壓結構快速建模插件（附多個版本執行程序）
同樣是復合材料力學老師做的一個復合材料建模插件，超好用！
2.復合材料沖擊動力學合集及VUMAT子程序
包含計算合集中所有低速沖擊模型，VUMAT子程序，子程序使用方法以及子程序注釋，老師的主頁還有很多視頻演示，非常良心。
3.UMAT/VUMAT從入門到進階子程序集合————復合材料系列
帖主分享的自己整理的子程序合集，包含基于不同失效準則和不同損傷模型的UMAT/VUMAT源代碼。
4.基于Python腳本提取復合材料應力應變均勻化有效彈性模量
基于均勻化理論的確定復合材料結構均勻應力應變場，進一步求解單向加載情況下的均勻模量的腳本文件。
5.ABAQUS復合材料建模插件CM TOOL2.0（GUI界面）
插件名為CM TOOL，本插件件基于Python結合ABAQUS二次開發，實現復合材料幾何模型的建快速建立。
展開 『原創』復合材料細觀力學引論
作者：黃爭鳴 著
出版社：科學出版社
出版日期：2004-9-1
ISBN：7030137795
字數：225000
印次：2
版次：1
紙張：膠版紙
內容提要
本書系統介紹了分析求解纖維增強復合材料彈-塑性和極限強度性能的公式化細觀力學理論，包括單向復合材料的彈性常數、橋聯模型、單向復合材料的強度、層合板的剛度與強度、熱應力計算以及計算機程序等。根據本書介紹的理論，讀者只需要知道纖維和基體的性能參數以及纖維體積含量等幾何數據，就可以預報復合材料層合板結構在任意載荷下的最大承載能力。
本書既可以作為有關專業的大學本科生和研究生教材和大學“材料力學”的補充教材，也可以作為航空、航天、力學、土木、交通、化工、船舶、汽車、機械、材料等領域的研發以及工程技術人員的參考書。
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!
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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)
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展開 濕熱環境下碳纖維復合材料宏-細觀損傷演化Vumat子程序。
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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 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 
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!
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3.技術鄰優秀講師：兵心依舊
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講師介紹：飛行器設計博士，擅長有限元理論、有限元軟件、疲勞分析、斷裂力學、損傷力學等。
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 Digimat：復合材料多尺度建模的創新力量
在當今追求高性能與可持續發展的工業領域，復合材料正成為越來越多行業的首選材料。其卓越的比強度、比模量、耐腐蝕性和高度可設計性，使其在航空航天、汽車制造、電子設備等行業中逐漸取代傳統金屬材料。然而，傳統的復合材料分析方法難以準確捕捉材料微觀結構對宏觀性能的影響，導致設計中不得不引入較大安全系數，既增加成本又限制材料性能發揮。但現在，一款名為 Digimat 的軟件徹底改變了這一局面。
Digimat 是由 e-Xstream engineering（現歸屬 Hexagon Manufacturing Intelligence）開發的專業復合材料多尺度建模與仿真平臺。它采用獨特的多尺度方法學框架，實現了從微觀纖維 / 基體界面到宏觀結構性能的跨尺度預測。其強大功能體現在多個方面。
Digimat 軟件操作界面截圖
在微觀尺度表征上，Digimat-MF 模塊通過代表性體積單元（RVE）方法，能夠精確預測復合材料的局部應力 / 應變場。以碳纖維 / 環氧樹脂體系為例，該模塊展現出極高的建模精度。在工藝仿真方面，Digimat-MAP 模塊可模擬注塑、RTM 等成型工藝對最終性能的影響。如在玻纖增強 PP 的注塑案例中，其預測纖維取向分布與 CT 掃描結果相關性達 0.91，翹曲變形預測精度比傳統方法提高 40%，計算時間比同類軟件縮短 30%（相同硬件配置）。
Digimat 在行業應用中成果顯著。在航空航天領域，某型無人機機翼設計借助 Digimat，成功減重 15% 的同時保持等效剛度，開發周期縮短 6 個月，物理試驗次數減少 60%。在汽車輕量化方面，某電動車電池包殼體項目使用 Digimat 后，最大應力降低 14.3%，生產成本降低 20% 。
展開 