分層仿真的案例
基于LS-DYNA的復(fù)合材料分層損傷仿真
在外載荷或其它如沖擊、溫度等外部因素作用下，往往會(huì)由于層間剪應(yīng)力或?qū)娱g拉應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度而引起層間脫粘破壞，即分層。分層是制約這類(lèi)復(fù)合材料進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的主要因素，因此層合復(fù)合材料分層問(wèn)題得到材料和力學(xué)界的重視。為探究ANSYS LS-DYNA在復(fù)合材料界面分層損傷方面的應(yīng)用，本文利用LS-PrePost建立了雙懸臂梁（Double Cantilever Beam，DCB）模型，以cohesive單元模擬界面，進(jìn)行了復(fù)合材料分層損傷的仿真分析。
2 有限元分析
幾何模型如下圖所示，通過(guò)在上、下兩個(gè)懸臂梁之間的中面層布置Cohesive內(nèi)聚力單元，從而對(duì)分層擴(kuò)展進(jìn)行預(yù)測(cè)，本模型設(shè)置層間單元厚度為0.05；將層合板左端固支（固定全部自由度），在另一自由端施加兩個(gè)沿厚度方向且方向相反、大小相等的速度位移。為建立預(yù)制裂紋，創(chuàng)建有限元模型后將該處單元進(jìn)行提前刪除。
a/mm
h/mm
b/mm
w/mm
v/(mm/ms)
200
10.05
50
15
1
為方便施加邊界條件，首先建立相關(guān)的節(jié)點(diǎn)集合，包括模型固支端的節(jié)點(diǎn)集合，自由端上下表面線段上的節(jié)點(diǎn)集合。根據(jù)不同模型的不同部位賦予單元不同的材料屬性。
展開(kāi) 設(shè)計(jì)仿真 | Marc 復(fù)合材料分層仿真分析
背景
通過(guò)虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）的裂紋擴(kuò)展，以及使用界面元素的內(nèi)聚區(qū)模型的損傷演化，研究了厚復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的分層問(wèn)題
設(shè)計(jì)仿真 | Marc 復(fù)合材料分層仿真分析
01 背景
通過(guò)虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）的裂紋擴(kuò)展，以及使用界面元素的內(nèi)聚區(qū)模型的損傷演化，研究了厚復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的分層問(wèn)題。復(fù)合材料有四層，在第3層和第4層之間有一個(gè)初始缺陷。結(jié)構(gòu)承受壓縮載荷，導(dǎo)致零件在初始缺陷處屈曲。
VCCT模型通過(guò)“粘接失效”選項(xiàng)定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點(diǎn)應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過(guò)將它們識(shí)別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進(jìn)行常規(guī)接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個(gè)部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。通過(guò)界面元件，在部件之間存在彈性層。
使用VCCT，零件具有完美的結(jié)合，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。用戶(hù)輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc）以指示裂紋何時(shí)應(yīng)擴(kuò)展，此處（Gc）被視為裂紋性質(zhì)，粘性區(qū)模型在界面中使用彈性層，這也會(huì)影響結(jié)構(gòu)在發(fā)生任何損壞之前的變形。為內(nèi)聚材料定律輸入的內(nèi)聚能量（也稱(chēng)為Gc）被視為界面元素的材料性質(zhì)，在VCCT情況下，這種內(nèi)聚能與裂紋擴(kuò)展阻力之間的關(guān)系是，兩者都與分裂材料所需的能量有關(guān)。
02設(shè)置
圖1顯示了識(shí)別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細(xì)的網(wǎng)格，以便準(zhǔn)確描述缺陷區(qū)域并允許裂紋擴(kuò)展。
圖1 VCCT計(jì)算模型
在圖2中，顯示了頂部的底面，膠失活區(qū)域和裂縫前緣。
圖2 模型底面
可以在Mentat中找到“粘接失效”設(shè)置，如下所示：
圖3 接觸區(qū)域?qū)傩圆藛?裂縫的產(chǎn)生方式如下。在這里，選擇要VCCT的應(yīng)用程序，并在VCCT裂紋擴(kuò)展屬性菜單中填寫(xiě)裂紋擴(kuò)展的設(shè)置（見(jiàn)圖4）。我們確保將初始裂紋擴(kuò)展模式設(shè)置為“直接”，將裂紋擴(kuò)展方法設(shè)置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時(shí)應(yīng)出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。
展開(kāi) Marc復(fù)合材料分層仿真分析
十多年來(lái)，優(yōu)飛迪科技在數(shù)字孿生、工業(yè)軟件尤其仿真技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并在這些領(lǐng)域擁有數(shù)十項(xiàng)獨(dú)立自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。同時(shí)，優(yōu)飛迪科技也與國(guó)際和國(guó)內(nèi)的主要頭部工業(yè)軟件廠商建立了戰(zhàn)略合作關(guān)系，能夠?yàn)榭蛻?hù)提供完整的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)平臺(tái)解決方案。
優(yōu)飛迪科技技術(shù)團(tuán)隊(duì)實(shí)力雄厚，主要成員均來(lái)自于國(guó)內(nèi)外頂尖學(xué)府、并在相關(guān)領(lǐng)域有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，能為客戶(hù)提供“全心U+端到端服務(wù)”。
Marc 復(fù)合材料分層仿真分析
01 背景
通過(guò)虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）的裂紋擴(kuò)展，以及使用界面元素的內(nèi)聚區(qū)模型的損傷演化，研究了厚復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的分層問(wèn)題。復(fù)合材料有四層，在第3層和第4層之間有一個(gè)初始缺陷。結(jié)構(gòu)承受壓縮載荷，導(dǎo)致零件在初始缺陷處屈曲。
VCCT模型通過(guò)“粘接失效”選項(xiàng)定義初始缺陷。缺陷處的節(jié)點(diǎn)應(yīng)定期接觸（以避免穿透）。通過(guò)將它們識(shí)別為“粘接失效”區(qū)域的一部分，告訴程序讓它們進(jìn)行常規(guī)接觸，即使它們是粘合界面的一部分。
在VCCT情況下，兩個(gè)部件剛性連接，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。通過(guò)界面元件，在部件之間存在彈性層。
使用VCCT，零件具有完美的結(jié)合，直到出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。用戶(hù)輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc）以指示裂紋何時(shí)應(yīng)擴(kuò)展，此處（Gc）被視為裂紋性質(zhì)，粘性區(qū)模型在界面中使用彈性層，這也會(huì)影響結(jié)構(gòu)在發(fā)生任何損壞之前的變形。為內(nèi)聚材料定律輸入的內(nèi)聚能量（也稱(chēng)為Gc）被視為界面元素的材料性質(zhì)，在VCCT情況下，這種內(nèi)聚能與裂紋擴(kuò)展阻力之間的關(guān)系是，兩者都與分裂材料所需的能量有關(guān)。
02 設(shè)置
圖1顯示了識(shí)別出不同接觸體的模型，頂部具有更精細(xì)的網(wǎng)格，以便準(zhǔn)確描述缺陷區(qū)域并允許裂紋擴(kuò)展。
圖1 VCCT計(jì)算模型
在圖2中，顯示了頂部的底面，膠失活區(qū)域和裂縫前緣。
圖2 模型底面
可以在Mentat中找到“粘接失效”設(shè)置，如下所示：
圖3 接觸區(qū)域?qū)傩圆藛? 裂縫的產(chǎn)生方式如下。在這里，選擇要VCCT的應(yīng)用程序，并在VCCT裂紋擴(kuò)展屬性菜單中填寫(xiě)裂紋擴(kuò)展的設(shè)置（見(jiàn)圖4）。我們確保將初始裂紋擴(kuò)展模式設(shè)置為“直接”，將裂紋擴(kuò)展方法設(shè)置為“釋放約束”，并輸入裂紋擴(kuò)展阻力（Gc=7×106 N/m），以確定何時(shí)應(yīng)出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展。
展開(kāi) 分層填筑加筋土擋墻，Abaqus 巖土仿真
本文配套視頻，請(qǐng)點(diǎn)擊 https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c13449
分層填筑加筋土擋墻，Abaqus 巖土仿真
前文回顧
在《有限元模擬加筋土擋墻，支擋結(jié)構(gòu)仿真系列（二）》一文中（https://www.yqgqt.org.cn/content/post/442137），使用 abaqus 有限元模擬了滿鋪包裹式加筋土擋墻的潛在破裂面、應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)。但算例中自重荷載是一次性施加的，并未考慮擋墻“分層填筑”的實(shí)際情況。
geogrid 前處理插件
本文借助 geogrid 加筋土擋墻前處理插件（https://www.yqgqt.org.cn/content/post/441859），輕易實(shí)現(xiàn)了10層填土的“分層填筑”前處理過(guò)程。
對(duì)于多層加筋土的分層填筑模擬是十分繁瑣的，比如：需要對(duì)建立多個(gè)“筋土界面”；使用生死單元時(shí)需要定義多個(gè)筋土集合；定義多個(gè)分析步并逐個(gè)進(jìn)行“單元生死”的設(shè)置；為每層土定義自重荷載并設(shè)置生效時(shí)刻。大量的重復(fù)操作既容易出錯(cuò)，又耗費(fèi)時(shí)間。如果需要進(jìn)行多次試算，效率極低！
以下是部分設(shè)置的截圖，可以直觀的感受到設(shè)置的繁瑣程度。但是在 geogrid 前處理插件中，只需要在命令欄輸入幾條命令就能完成所有的前處理工作，效率得到極大提高，而且避免了操作的失誤。
加筋體內(nèi)塑性應(yīng)變的發(fā)展過(guò)程（3層~10層）
以下是重力一次性施加的情況（墻面傾向左側(cè)）：
可見(jiàn)，分層填筑時(shí)，加筋土內(nèi)的塑性應(yīng)變發(fā)展得慢一些。
墻身位移云圖對(duì)比
分層填筑得到的墻身位移云圖如下，最大位移為 15.9mm。（擋墻底邊約束了x、y方向位移）
可見(jiàn)，分層填筑模擬得到的墻身變形更符合實(shí)際情況。
下面是自重荷載一次性施加的位移云圖，最大位移為 21.4 mm。
展開(kāi) Abaqus纖維復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲力學(xué)仿真模型-內(nèi)插0厚度cohesive單元以模擬分層 ￥89
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Abaqus纖維復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲力學(xué)仿真模型!內(nèi)插0厚度cohesive單元以模擬分層
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內(nèi)附VUMAT子程序，cae，inp文件及ODB文件，操作視頻
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<img src="https://img.jishulink.com/202505/attachment/4357e76cf82148d19ea20bb5c10420b7.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202505/attachment/4357e76cf82148d19ea20bb5c10420b7.png?
展開(kāi) Moldex3D模流分析之考慮完整要素于分層射出的光學(xué)件成型仿真
分層射出是光學(xué)產(chǎn)品極端設(shè)計(jì)的解決方案之一，透過(guò)將極端產(chǎn)品設(shè)計(jì)分解成堆棧的A-B層依序成型，改善高肉厚帶來(lái)的成型挑戰(zhàn)。Moldex3D光學(xué)分析支持預(yù)測(cè)多材質(zhì)射出A-B層在成型過(guò)程產(chǎn)生的流動(dòng)殘留應(yīng)力與熱殘留應(yīng)力，并提供最終產(chǎn)品的條紋級(jí)數(shù)與光彈條紋，利用Moldex3D進(jìn)行多材質(zhì)射出的光學(xué)分析。
第一射(A層)分析
步驟1: 為第一射仿真準(zhǔn)備模型及分析組別
首先在Moldex3D Studio準(zhǔn)備好第一射的射出成型分析組別，選擇的材料文件必須具有光學(xué)性質(zhì)頁(yè)簽，包含無(wú)配向之折射率、流動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)力光學(xué)系數(shù)、和熱導(dǎo)致應(yīng)力光學(xué)系數(shù)等參數(shù)。
步驟2: 為第一射模擬設(shè)置計(jì)算參數(shù)及分析計(jì)算
在計(jì)算參數(shù)的黏彈/光學(xué)頁(yè)簽中，勾選預(yù)測(cè)流動(dòng)殘留應(yīng)力在流動(dòng)/保壓階段和預(yù)測(cè)流動(dòng)殘留應(yīng)力在冷卻階段。確認(rèn)完所有的分析設(shè)定后，將組別送出計(jì)算。待計(jì)算完成后在流動(dòng)、保壓和冷卻分析均會(huì)輸出流動(dòng)誘導(dǎo)殘留應(yīng)力的結(jié)果項(xiàng)。
第二射(B層)分析
步驟3: 為第二射仿真準(zhǔn)備模型及分析組別
接著為第二射準(zhǔn)備新的分析組別，模型包含產(chǎn)品(B層)和嵌件(A層)。與第一射分析相同，用戶(hù)必須選擇具有光學(xué)性質(zhì)的產(chǎn)品與嵌件材料文件，且嵌件的幾何和材料必須與第一射相符。
步驟4: 為第二射模擬設(shè)置多材質(zhì)射出之光學(xué)件分析
分析順序設(shè)定中，選擇瞬時(shí)分析加上光學(xué)分析，確保光學(xué)分析可以完整考慮流動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)力和熱導(dǎo)致應(yīng)力的效應(yīng)。
計(jì)算參數(shù)設(shè)定中，為了考慮第一射成型的影響，第二射的必須在多材質(zhì)射出成型頁(yè)簽中勾選參考前一射的組別ID，并在下拉選單中選取第一射分析的組別。
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Abaqus纖維復(fù)合材料三點(diǎn)彎曲力學(xué)仿真模型!內(nèi)插0厚度cohesive單元以模擬分層
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高爾夫球的秘密-Abaqus撞擊試驗(yàn)仿真；揭秘球體分層和凹凸表面背后的湍流
如下圖所示，設(shè)計(jì)部門(mén)在仿真前期會(huì)做一些基于試驗(yàn)參數(shù)的對(duì)標(biāo)工作，以矯正仿真分析時(shí)高應(yīng)變率條件下的材料本構(gòu)模型參數(shù)。
在參數(shù)修正的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行仿真計(jì)算，以更準(zhǔn)確地對(duì)高爾夫球的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，縮短研發(fā)周期。對(duì)標(biāo)后的仿真基本上可以做到和高速攝影同步。
先歇會(huì)，整點(diǎn)啤酒。
現(xiàn)在再來(lái)談?wù)劊蛎嫔系陌疾墼趺椿厥隆Ｉ厦嫣岬礁郀柗蚯虻某銮蝽憫?yīng)中，有個(gè)變量是旋轉(zhuǎn)速率，原來(lái)，球在飛行的過(guò)程中，不同旋轉(zhuǎn)速率下，由于凹凸的氣動(dòng)外形，導(dǎo)致球體產(chǎn)生氣動(dòng)阻力、升力是完全不一樣的，這也就決定了高爾夫球的運(yùn)動(dòng)軌跡。
對(duì)于高速飛行的高爾夫球，凹凸的表面會(huì)導(dǎo)致湍流，影響球體受力，下面這個(gè)視頻是Youtube上ID為CFD Support的團(tuán)隊(duì)通過(guò)OpenFOAM計(jì)算的不同旋轉(zhuǎn)速率條件下高爾夫球的升力和阻力系數(shù)。有沒(méi)有旋轉(zhuǎn)，差別還是挺顯著的，所以球桿的擊球面要開(kāi)槽，這樣在出球時(shí)，球才會(huì)更容易轉(zhuǎn)起來(lái)。
高爾夫球CFD
~上期inp文件下載~
老鼠夾子鏈接：https://pan.baidu.com/s/1TUgt76E8nxz1g3tpjBy44Q 密碼：d73f
展開(kāi) Abaqus纖維復(fù)合材料蜂窩板落錘沖擊仿真模型
內(nèi)插0厚度cohesive單元以模擬分層
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Abaqus纖維復(fù)合材料蜂窩板落錘沖擊仿真模型!
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內(nèi)插0厚度cohesive單元以模擬分層
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模擬過(guò)程采用puck子程序，有錄制整個(gè)建模操作視頻，可贈(zèng)送復(fù)合材料層合板快速建模插件及蜂窩建模插件!
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展開(kāi) 
技術(shù)鄰周報(bào)Q9：CAD/二次開(kāi)發(fā)/COMSOL/光學(xué)/moldflow/優(yōu)化設(shè)計(jì)/LS-DYNA/復(fù)合材料/Python
11、FLUENT：WORKBENCH二維翼型RAE2822仿真
作者：
仿真助手
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1809759
翼型型號(hào)RAE2822，馬赫數(shù)0.75，SST k-w湍流模型。壓力遠(yuǎn)場(chǎng)條件，遠(yuǎn)場(chǎng)距離物面約15倍弦長(zhǎng)。需要獲取壓力云圖、表面壓力分布曲線和流線圖。
12、基于LS-DYNA的復(fù)合材料分層損傷仿真
作者：
mech
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1810502
近年來(lái)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料因具有一系列優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、船舶等各行各業(yè)之中。然而作為多相材料，其失效條件及模式往往很難確定。以復(fù)合材料層合板為例，這類(lèi)結(jié)構(gòu)層間性能取決于基體性能，因此層間材料性能很低，僅為纖維方向的幾十分之一。在外載荷或其它如沖擊、溫度等外部因素作用下，往往會(huì)由于層間剪應(yīng)力或?qū)娱g拉應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度而引起層間脫粘破壞，即分層。分層是制約這類(lèi)復(fù)合材料進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的主要因素，因此層合復(fù)合材料分層問(wèn)題得到材料和力學(xué)界的重視。為探究ANSYS LS-DYNA在復(fù)合材料界面分層損傷方面的應(yīng)用，本文利用LS-PrePost建立了雙懸臂梁（Double Cantilever Beam，DCB）模型，以cohesive單元模擬界面，進(jìn)行了復(fù)合材料分層損傷的仿真分析。
13、不同材料的螺紋扭矩評(píng)估
作者：
楊曉木
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1810973
標(biāo)準(zhǔn)材料的螺紋扭矩，通常都有對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)定義。
展開(kāi) ANSYS解決方案獲得三星5LPE工藝技術(shù)認(rèn)證
此外，Totem還可為IP生成一個(gè)綜合芯片宏模型(CMM)，其不僅可用于分層建模及仿真，而且還可實(shí)現(xiàn)SoC層面的簡(jiǎn)單集成及準(zhǔn)確分析。Totem平臺(tái)可為各種各樣的芯片設(shè)計(jì)類(lèi)型提供支持，包括SRAMS/FLASH/DRAM、IO以及模擬混合信號(hào)設(shè)計(jì)。
ANSYS解決方案獲得三星5LPE工藝技術(shù)認(rèn)證
此外，Totem還可為IP生成一個(gè)綜合芯片宏模型(CMM)，其不僅可用于分層建模及仿真，而且還可實(shí)現(xiàn)SoC層面的簡(jiǎn)單集成及準(zhǔn)確分析。Totem平臺(tái)可為各種各樣的芯片設(shè)計(jì)類(lèi)型提供支持，包括SRAMS/FLASH/DRAM、IO以及模擬混合信號(hào)設(shè)計(jì)。
[NEWSLETTER] 使用PYTHON進(jìn)行的跨平臺(tái)仿真
系統(tǒng)設(shè)置
非序列追跡
通道配置模式設(shè)置為“手動(dòng)配置”時(shí)，用戶(hù)可以為系統(tǒng)中的每個(gè)曲面分別指定仿真中遵循的光路。執(zhí)行仿真時(shí)，可用的光路由所謂的光路查找器確定。然后，通過(guò)配置的設(shè)置沿著這些光路追跡場(chǎng)。
非序列追跡的通道設(shè)置
受抑全內(nèi)反射（FTIR）
棱鏡之間的間隙是由分層介質(zhì)組件來(lái)仿真的。這樣做的原因是，分層介質(zhì)組件的S矩陣求解器考慮到了倏逝波，從而能夠?qū)TIR等效應(yīng)進(jìn)行建模。更多關(guān)于分層介質(zhì)組件的信息在下面：
分層的介質(zhì)成分
層矩陣求解器
分層介質(zhì)組件使用層矩陣電磁場(chǎng)求解器。這個(gè)求解器在空間頻率域（K域）工作。它由以下部分組成
1. 每個(gè)均質(zhì)層的特征模式求解器，以及
2. 用于匹配所有界面的邊界條件的S矩陣。
特征模式求解器計(jì)算各層均勻介質(zhì)在k域的場(chǎng)解。k域中各層均質(zhì)介質(zhì)的場(chǎng)解。S-矩陣算法通過(guò)匹配邊界來(lái)計(jì)算整個(gè)層系統(tǒng)的響應(yīng)。整個(gè)層系統(tǒng)的響應(yīng)，通過(guò)匹配邊界條件 遞歸的方式計(jì)算整個(gè)層系統(tǒng)的響應(yīng)。
這是一種以其無(wú)條件的數(shù)值穩(wěn)定性而聞名的方法，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移矩陣不同，它避免了計(jì)算步驟中的指數(shù)增長(zhǎng)函數(shù)。
更多相關(guān)信息：
層矩陣[S-矩陣]
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在一個(gè)基于FTIR的立方體分光鏡中，反射率和透射率的比率在很大程度上取決于棱鏡之間的間隙厚度。在這個(gè)例子中，這種影響是在0納米和500納米之間的厚度范圍內(nèi)進(jìn)行研究的。
參考文獻(xiàn)：Chang Chien et al. “Design Analysis of a Beam Splitter Based on the Frustrated Total Internal Reflection”, Prog. Electromagn.
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