低速沖擊仿真的案例
層合板低速沖擊仿真
關鍵詞：ABAQUS VUMAT，低速沖擊，接觸力，失效，層合板
復合材料無論是從仿真角度還是從試驗角度，都是個金字塔式的研究。Step by step，環環相扣，缺一不可。
最近遇到很多學生都在做復合材料低速沖擊失效的分析。而在做沖擊分析之前，還得把材料的各個方向的靜強度、模量分析好，或者通過試驗得到準確的參數。
這樣拉伸、壓縮、剪切，不同方向都來一遍，工作量還是很大的。拿到這些基本參數后，才能開展沖擊仿真。
沖擊仿真，無論是想把失效形式、失效分布模擬出來，還是把接觸力響應曲線模擬出來，都很有難度。這是由接觸問題本身的復雜性以及試驗的分散性決定的。并且，顯示動力學求解速度慢，計算耗時長，仿真結果影響因素多。
因此，想把各個參數或者邊界條件都摸清楚，讓仿真能夠復現試驗，需要足夠的耐心，足夠的時間，和一臺配置還不錯的計算機。
本文我們結合一個論文的算例，采用ABAQUS VUMAT 給出低速沖擊下的層合板失效分析結果。
模型與參數
鋪層：16層，單層厚度0.1325mm。[0/±22.5/±45/±77.5/90]s。
層合板尺寸：150mm×100mm。
沖頭：2.077kg，R=8mm。
編輯
跳轉
材料是碳纖維復合材料，參數如下：
邊界條件與載荷
沖擊能量：11J，換算成沖擊速度是3.2546m/s。
約束：實際試驗中，板子被放在一個鏤空的工裝上，125mm×75mm。因此仿真中，約束125mm×75mm之外的底部節點的厚度方向位移。
圖來源：譚建設.復合材料層合板低速沖擊響應的試驗研究與仿真分析[D].上海交通大學,2014.
展開 設計仿真 | 復合材料微型無人機著陸過程中的低速沖擊分析
土耳其航空航天工業/中東技術大學在這項研究中，通過使用 MSC Dytran 的顯式有限元分析，研究了無人駕駛微型飛行器對土壤和剛性地面的低速沖擊的腹部著陸。
MSC Dytran
簡 介
在這項研究中，通過使用 MSC Dytran 的顯式有限元分析，研究了無人駕駛微型飛行器對土壤和剛性地面的低速沖擊的腹部著陸。微型無人機在其腹部降落在礫石、瀝青、水泥、草地和硬土上時，由于陣風等人無法控制的原因，在著陸過程中可能會受到低速沖擊。因此，該研究的主要目的是研究低速沖擊載荷對飛行器結構的影響，并為設計過程做出貢獻。分別針對機身和機身-機翼組合有無內部加強件進行了微型無人機的低速沖擊分析，并檢查了向分析模型添加不同子結構的效果。通過顯式有限元分析，確定了實際飛行試驗中機身與后尾梁之間因硬著陸而經常出現的、事先無法預測的損傷區。通過顯式有限元分析確定特定失效區域為改進設計提供了有價值的信息。
腹部著陸時的微型無人機
下圖顯示了腹部著陸時的微型無人機和損壞區域的位置以及硬著陸時經歷的實際故障。
展開 ABAQUS導入初始場變量（預定義場）多次低速沖擊以及沖擊后壓縮 ￥38
ABAQUS導入初始場變量（預定義場）
通常利用ABAQUS計算時，需要多步驟分析，例如計算多次低速沖擊以及沖擊后壓縮等，下面詳細描述利用數據傳遞方法進行多步驟分析。（建議購買視頻，視頻內包含此帖子）
導入效果圖如下：
導入的損傷云圖
導入的應力場
導入的位移場
分層損傷的導入
1. 計算完成后，新建一個ABAQUS 窗口，切記與上一步計算的ODB文件在同一個文件夾下，導入Part部件
基于VUMAT復合材料夾層結構沖擊仿真
1 低速沖擊問題
夾層結構具備良好的吸能特性，其沖擊特性一直是被重點關注的方向。
本期主要對復合材料夾層結構低速沖擊的仿真進行介紹。
我本人做靜力問題相對多些，沖擊問題以前做過一個仿真效果，沒有深入研究。這幾天和學流體的師兄交流的時候，他說他同學有一個搞高速沖擊的，用流體的方法搞。
好奇心來了，流體的方法怎么搞？
師兄曰，高速情況下，彈子穿過一些物體，不就像彈子游在水里一樣嘛。
雖然說得很玄妙，但是好像很有道理。實際上流體和固體很多現象很接近。就比如帶孔板的拉伸和圓柱擾流，云圖真是傻傻難分。并且還真有學者找到兩者的本構共通性，用圓柱繞流來研究帶孔板。
一下子扯遠了，繼續低速沖擊。
2 模型
考慮如下模型，邊界條件為底部固支，上面板四個角點固支。面板失效基于Hashin準則判斷，芯層失效基于MISESS準則判斷。
看似簡單的問題往往暗含殺“雞”。
1） 沖頭設置為剛體，其密度的取值，不能直接賦予鋼的屬性。因為實際的沖頭結構為柱狀。建模中，處于簡化考慮，取頭部半球進行建模，為此需要根據實際沖頭質量，換算出仿真用沖頭的密度。
2） 面板和夾層之間可以綁定，如果夾層是蜂窩這類非均勻結構，用接觸屬性會比較合適，但是接觸的定義要考慮好，否則很容易穿透，或者大滑移。
3） 同樣的，沖頭和面板的接觸也要注意，網格的疏密和接觸屬性都可能造成穿透。
4） 為了防止網格過度扭曲，要對網格扭曲進行控制，也可以縮放其質量，或者對過度扭曲的單元，直接賦予高模量。
5） 載荷為速度載荷，如果已知沖擊能量，就根據沖頭質量進行速度換算，這是高中知識了。
3 VUMAT
1) 我們此次使用VUMAT最重要的目的是，實現失效區域的識別。
2) 本次VUMAT關鍵輸出，是應力的更新和損傷變量的更新。
展開 
復合材料層合板低速沖擊ANSYS
很常見的 復合材料層合板建模問題
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ABAQUS復合材料波紋板低速沖擊有限元分析 ￥3
ABAQUS復合材料波紋板低速沖擊有限元分析
Abaqus 通過VUMAT子程序模擬復合材料的低速沖擊行為
徐穎, 溫衛東與崔海坡, 復合材料層合板低速沖擊逐漸累積損傷預測方法. 材料科學與工程學報, 2006(01): 第77-81頁.
[2]. 王躍全, 童明波與朱書華, 三維復合材料層合板漸進損傷非線性分析模型. 復合材料學報, 2009(05): 第159-166頁.
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Abaqus 通過VUMAT子程序模擬復合材料的低速沖擊行為
徐穎, 溫衛東與崔海坡, 復合材料層合板低速沖擊逐漸累積損傷預測方法. 材料科學與工程學報, 2006(01): 第77-81頁.
[2]. 王躍全, 童明波與朱書華, 三維復合材料層合板漸進損傷非線性分析模型. 復合材料學報, 2009(05): 第159-166頁.
港科大等《Composites Part B》：熱塑性復合材料低速沖擊響應分析研究
盡管如此，由于其易碎的性質，當受到低速沖擊(LVI)作用時，很容易分層。低速沖擊損傷會顯著降低復合材料結構的結構完整性和剩余機械性能，可導致層壓板的各種損壞，如基體開裂、脫粘、分層和纖維斷裂/失效。因此，在設計和制造這種結構時，應考慮纖維增強塑料的面外響應。關于纖維增強復合材料的制造，通常使用各種纖維/織物，如碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等，樹脂又分為熱固性或熱塑性。
碳纖維由于其優異的面內機械性能，如高剛度和強度，已被普遍用于制造航空航天結構。然而，由于碳纖維的低韌性，它們在低速沖擊中表現出脆性行為，顯著降低了碳纖維復合材料的剩余壓縮性能，并威脅結構的完整性。為了緩解這一問題，通常將采用與玻璃纖維等其他纖維混合，這可以增加柔韌性，從而提高沖擊性能。此外，還可以降低成本。
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目前文獻中關于低速沖擊的研究大多數都是針對熱固性復合材料。熱固性樹脂在中高固化溫度范圍內具有優異的面內機械性能，但它們的抗沖擊性能很差。熱塑性復合材料是未來的整體發展趨勢，還可以回收利用，與熱固性復合材料層壓板相比，熱塑性復合材料層壓板具有良好的損傷容限和抗沖擊性能。
然而，由于傳統熱塑性樹脂(如PEEK聚醚醚酮)常溫下呈現固態，玻璃化轉變溫度高，不能使用真空輔助樹脂浸漬(VARI)工藝，因為這些樹脂需要達到高溫才能流動，因此只能通過使用昂貴的設備和高加工溫度來實現熱塑性復合材料的制造。為了解決這個問題，Arkema公司最近推出了一種新型丙烯酸甲基丙烯酸甲酯熱塑性樹脂Elium，它在室溫下是液態的，可用于VARI工藝，以提高生產率，降低勞動力和制造成本。
目前，針對在室溫下制造的熱塑性復合材料層壓板的低速沖擊行為研究甚少。
展開 復合材料低速沖擊插件：基于ASTM D7136標準自動化建模（Composite Impact Auto?Builder）
低速沖擊建模-模型圖</p><p class="ql-align-justify"><strong style="color: rgb(61, 167, 66);">2.3 局部網格控制與鋪層自動補齊</strong></p><p class="ql-align-justify"> 網格劃分：程序自動識別沖擊中心區域（50×50 mm），并在此范圍內執行網格加密。用戶可獨立設置中心加密區與外圍粗化區的單元尺寸，兼顧計算精度與效率。所有實體層采用 C3D8R 減縮積分單元并激活單元刪除，內聚力層采用 COH3D8 單元，沖頭則使用離散剛體單元 R3D4。網格劃分基于掃掠技術（Advancing Front）生成。</p><p class="ql-align-justify"> 鋪層邏輯：支持非對稱鋪層序列輸入，用戶通過逗號分隔輸入各層角度。若輸入角度數目少于設定的總層數，系統將自動以 0° 鋪層補齊所缺層信息，避免因輸入遺漏導致模型鋪層角度不完整。
展開 技術鄰周報Q8：Abaqus/試驗仿真/LS-DYNA/天線仿真/APDL/結構振動/Ansys/沖擊仿真
6、剛性小球高速沖擊陶瓷高腳杯仿真
作者：
鋮君之
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1808137
眾所周知，沖擊速度影響被沖擊物體破壞的程度。但其實被沖擊物體的表面造型也影響著沖擊的破壞程度。為探究物體表面造型對沖擊破壞程度的影響，本文選擇具有對稱結構的高腳杯進行仿真分析，高腳杯的內外杯壁厚度及造型均不相同，當物體以一定速度沖擊杯壁時，杯壁本身可以形成對比分析。本文采用ANSYS LSDYNA進行了剛性小球高速、低速沖擊陶瓷高腳杯仿真，對比探討了沖擊速度對破壞程度的影響。
7、iSolver案例分享：支架變形分析
作者：
餅干樹
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1808197
結構靜力分析用于研究靜載荷作用下結構的響應。靜載荷可以是集中力、分布力、力矩、位移、溫度等，結構在邊界條件及載荷作用下發生變形，產生位移、應力、應變等。
8、仿真應用 | 一種更實用的應力收斂判斷方法
作者：
安世亞太
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1808797
零部件的極限強度校核在設計研發過程中必不可少，如果零部件形狀較為復雜，可能沒有經驗公式或者理論方法進行應力的求解，那么無可替代要使用有限元方法進行強度校核，所以如何確定有限元應力結果的收斂解是非常重要的。
展開 
剛性小球高速沖擊陶瓷高腳杯仿真
1問題的提出
眾所周知，沖擊速度影響被沖擊物體破壞的程度。但其實被沖擊物體的表面造型也影響著沖擊的破壞程度。為探究物體表面造型對沖擊破壞程度的影響，本文選擇具有對稱結構的高腳杯進行仿真分析，高腳杯的內外杯壁厚度及造型均不相同，當物體以一定速度沖擊杯壁時，杯壁本身可以形成對比分析。本文采用ANSYS LSDYNA進行了剛性小球高速、低速沖擊陶瓷高腳杯仿真，對比探討了沖擊速度對破壞程度的影響。
2有限元分析
（1）NX 10.0進行高腳杯的幾何建模
由于高腳杯的曲面造型較為復雜，同時杯底與杯口設有倒角，因此幾何模型用專業建模軟件建立，本文采用NX 10.0建立的高腳杯幾何模型，其幾何設定的幾何參數來自市場常用的高腳杯數據如圖2-1所示，高腳杯渲染圖如圖2-2所示。
圖2-1高腳杯建模圖
圖2-2高腳杯渲染圖
（2）WB進行剛性球及沖擊距離的設定
高腳杯的幾何模型在NX 10.0建立完成后，將模型導出成文本文件保存后在WB中打開，用DM進行剛性球的建立與沖擊距離的設定，這里分開建模的好處是便于沖擊距離的設定與后期小球直徑與沖擊距離的修改調整，不必來回切換建模軟件。剛性球的半徑設為9mm，沖擊距離設為0.1m。整個沖擊系統建模如圖2-3所示。
圖2-3沖擊系統模型
（3）ANSYS APDL進行部分前處理
在WB中完成沖擊系統的建模后，同樣將文件保存為文本格式導入到ANSYS APDL中進行前處理。選擇ANSYS LSDYNA仿真環境，首先設定單元為顯示3D Solid164單元，再設定小球為剛體材料，高腳杯任意選擇一種彈性材料（高腳杯是陶瓷材料，用UE編輯器直接修改關鍵字為*MAT_110）后進行網格劃分設定，適當試錯調試網格大小后的網格劃分如圖2-4所示。
展開 不同沖擊速度及沖擊方式對薄壁不銹鋼鋼管材料沖擊的影響仿真
不同沖擊速度及沖擊方式對薄壁不銹鋼鋼管材料沖擊的影響仿真
1仿真背景
眾所周知，基于各種動力學仿真軟件進行沖擊與跌落的仿真實驗一直備受重視。而對于薄壁鋼管材料的沖擊仿真實驗由于沖擊速度與沖擊方式不同，便會帶來差異化結果。因此，針對不同的工況，需要合理采取不同的沖擊方式設置，以期得到合理的結果。本文旨在建立恒定式沖擊速度、正弦式交變沖擊速度、三角波式沖擊速度、鋸齒波沖擊速度及矩形波沖擊速度5種不同沖擊速度及方式對鋼管的沖擊仿真模型，為沖擊仿真實驗提供理論參考。
2模型建立
薄壁鋼管的截面是矩形的對稱面，因此本文建立矩形薄壁鋼管的四分之一軸對稱模型，薄壁鋼管采用shell單元，不銹鋼材料選用各向同性材料本構，設置沙漏能以控制整體的能量平衡設置。不銹鋼的四分之一模型在ANSYS/LSDYNA中建立，模型的前處理也在其中完成，在完成前處理后生成K文件，分別在LSPP中進行后處理及載荷曲線的設置。不銹管的四分之一模型如圖1所示。
圖1不銹管的四分之一模型設置
3沖擊速度的影響
在分析沖擊方式對不銹管變形的影響前，需要考慮沖擊速度對其影響。不同的沖擊速度勢必會導致的不同的變形。因此本文首先建立了三種不同的工況，沖擊速度分別為50m/s、100m/s、150m/s。從較低速度到一個較高速度的過渡來分析不銹管的變形情況。圖2給出了3種不同工況下沖擊完成后不銹管的變形情況。可以看出：沖擊速度小不銹管的變形小，沖擊速度的增大會導致變形增大，在大沖擊下不銹管的變形程度可以看成是小沖擊下變形的累積。因此可以得出沖擊速度是造成不銹管變形的主要原因，不同的沖擊速度大小可以看成是小沖擊速度的不斷累積對不銹管的破壞。
圖2不同工況下沖擊完成后不銹管的變形情況
4幾種不同的沖擊方式
沖擊方式的定義是通過定義不同的載荷曲線來實現的。
展開 LS-DYNA仿真中，基于S-ALE方法的碎片沖擊油罐殉爆過程仿真 ￥35
當高速破片沖擊某一油罐時，不僅可能引發局部點火與爆燃，還可能通過沖擊波和燃燒產物引起相鄰油罐的次生爆炸反應，進而誘發鏈式殉爆效應。為揭示碎片沖擊下油罐群的殉爆機制，基于LS-DYNA中的S-ALE（Simplified Arbitrary Lagrangian-Eulerian）多物理場耦合方法，開展典型油罐在碎片沖擊作用下的殉爆過程數值仿真研究，對于研究油罐群在高速破片沖擊下發生殉爆等問題具有重要意義。
關鍵詞：S-ALE；點火增長模型；碎片沖擊；油罐殉爆
1.模型介紹：
仿真模型結合了破片侵徹、油氣混合、點火擴散與壓力波傳播等多重物理過程，并引入點火增長模型刻畫油氣混合物的非線性燃燒行為。構建了S-ALE方法物理仿真模型，采用狀態方程*EOS IGNITION AND GROWTH OF REACTION IN HE進行設置，破片尺寸為5x1x5cm，速度為1500m/s，材料為銅。油罐直徑為25cm，高度為25cm，上層為9cm氣體，下層為15cm油體（等效為炸藥計算），油罐材料為鋼。
圖1 模型示意圖
2.計算結果：
圖2 壓力變化過程
付費文件包含K文件。
展開 Workbench仿真教程：水流沖擊橋墩仿真
每天學點新知識，流固耦合在建筑工程中也會被用到，今天鴨鴨為大家帶來的是Workbench仿真教程。
首先，在Project-shematic中的左側的Toolbox中找到對應的模塊：Fluid Flow(Fluent)和Static Structural
雙擊“Geometry”，進入建模功能。（右鍵該功能可以進入DesignModeler或者Spaceclaim。小編在這里選擇DesignModeler進行制圖）
File-Import External Geometry file-找到保存的模型文件-點擊Generate。即可生成導入的文件。也可以在DesignModeler（或Spaceclaim）中直接繪制。對于復雜的三維模型，小編還是建議大家在專業的3D繪圖軟件中制作喲
Tools – enclosure后可以制作沖擊橋墩的流體域
定義各個不同的面：inlet：流體入口。outlet：流體出口。fis：流體與固體接觸的部位（選擇方式：subpress橋梁-選擇流體中橋墩的面（即圓柱面）-命名為fsi）。定義“面”的工作也可以在mesh模塊中進行。
退回到主界面，在fluid flow(Fluent)中找到mesh,雙擊該圖標
在左側Outline中找到Project-Model-Geometry-solid。將solid改名為fluid
由于首先我們在仿真流體部分時不需要使用到固體部分，因此可以將固體部分抑制（suppress body）。
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