二維編織復合材料的案例
FibrePlug插件-用于在ABAQUS中生成二維編織復合材料模型 ￥50
UI界面如圖，詳情見論文：10.1016/j.compstruct.2023.117384，親測好用
RTM工藝與三維編織復合材料制造技術
三維編織復合材料是利用紡織技術，通過編織形成干態預成形件，將干態預成形件作為增強體，采用樹脂傳遞模塑工藝（RTM）或樹脂膜滲透工藝（RFI），進行浸膠固化，直接形成復合材料結構。作為一種先進的復合材料，已成為航空、航天領域的重要結構材料, 并在汽車、船舶、建筑領域及體育用品和醫療器械等方面得到了廣泛應用。傳統復合材料經典層合板理論已無法滿足其力學性能分析，國內外學者建立了新的理論和分析方法。
三維編織復合材料是仿織復合材料之一，是由采用編織技術織造的纖維編織物（又稱三維預成形件）所增強的復合材料，其具有高的比強度、比模量、高的損傷容限和斷裂韌性、耐沖擊、抗開裂和疲勞等優異特點。三維編織復合材料作為一種先進的復合材料，倍受工程界關注，業已成為航空、航天領域的重要結構材料，并在汽車、船舶、建筑領域、體育用品和醫療器械等方面得到了廣泛應用。
三維編織復合材料的發展是因為單向或二向增強材料所制得的復合材料層間剪切強度低、抗沖擊性能差、不能用作主承力件，L.R.Sanders于1977年把三維編織技術引入工程應用中。所謂3D編織技術是通過長短纖維在空間按一定的規律排列，相互交織而獲得的三維無縫合的完整結構，使復合材料不再存在層間問題，且抗損傷能力大大提高。其工藝特點是能制造出各種規則形狀及異形實心體，并可使結構件具有多功能性，即編織多層整體構件。目前三維編織的方式大約有20多種，但常用的有4種，分別是極線編織（polar braiding）、斜線編織（diagonalbraiding or packing braiding）、正交線編織（orthogonal braiding）和繞鎖線編織（warp interlock braiding）。三維編織中又有多種型式，例如二步法三維編織、四步法三維編織、多步法三維編織。
展開 RTM工藝與三維編織復合材料制造技術
三維編織復合材料是利用紡織技術，通過編織形成干態預成形件，將干態預成形件作為增強體，采用樹脂傳遞模塑工藝（RTM）或樹脂膜滲透工藝（RFI），進行浸膠固化，直接形成復合材料結構。作為一種先進的復合材料，已成為航空、航天領域的重要結構材料, 并在汽車、船舶、建筑領域及體育用品和醫療器械等方面得到了廣泛應用。傳統復合材料經典層合板理論已無法滿足其力學性能分析，國內外學者建立了新的理論和分析方法。
三維編織復合材料是仿織復合材料之一，是由采用編織技術織造的纖維編織物（又稱三維預成形件）所增強的復合材料，其具有高的比強度、比模量、高的損傷容限和斷裂韌性、耐沖擊、抗開裂和疲勞等優異特點。三維編織復合材料作為一種先進的復合材料，倍受工程界關注，業已成為航空、航天領域的重要結構材料，并在汽車、船舶、建筑領域、體育用品和醫療器械等方面得到了廣泛應用。
三維編織復合材料的發展是因為單向或二向增強材料所制得的復合材料層間剪切強度低、抗沖擊性能差、不能用作主承力件，L.R.Sanders于1977年把三維編織技術引入工程應用中。所謂3D編織技術是通過長短纖維在空間按一定的規律排列，相互交織而獲得的三維無縫合的完整結構，使復合材料不再存在層間問題，且抗損傷能力大大提高。其工藝特點是能制造出各種規則形狀及異形實心體，并可使結構件具有多功能性，即編織多層整體構件。目前三維編織的方式大約有20多種，但常用的有4種，分別是極線編織（polar braiding）、斜線編織（diagonalbraiding or packing braiding）、正交線編織（orthogonal braiding）和繞鎖線編織（warp interlock braiding）。三維編織中又有多種型式，例如二步法三維編織、四步法三維編織、多步法三維編織。
展開 Samcef在編織碳復合材料上分析方法
為研究編織碳層壓制品的失效特性，在samcef中能夠建立基于連續損傷力學和非局部的厚度標準模型。這種非局部標準基于一種具有一定厚度的圓柱特征體模型。在samcef中，利用帶洞的圓盤和鋸痕模型進行有限元仿真，并與實驗進行對比，就能夠顯示出samcef在這方面對靜態載荷分析的有效性。附件提供了碳材料結構直升飛機的案例。
圖一顯示的是基于特征體的非局部標準，圖二為不同鋪層結構的samcef仿真與實驗對比。
[D] Failure of woven C composites non-local method Helicopter_De-Gellas 2007.pdf
展開 
利用Digimat-FE對三維五向編織復合材料進行性能表征
三維編織復合材料作為一種新型的復合材料, 由于它具有整體異形性和三維預制體制造等優點和靈活的性能可設計性, 在國內外航空、航天等領域得到了廣泛的應用。近 20 年, 國內很多科研機構都對對三維編織復合材料力學性能開展了系列研究。
三維四向編織復合材料克服了傳統層合復合材料的分層開裂敏感、抗沖擊損傷性能差等缺點, 厚度方向強度得到了很大提高, 但同時面內性能有所下降。為了提高三維編織復合材料的縱向性能, 發展了三維五向編織復合材料。
三維五向編織結構是在基本的三維四向編織結構基礎上, 在編織過程中引入沿編織成型方向不動的紗線而形成的一種新的整體編織結構。在三維四向編織結構中, 所有的編織紗線均與編織成型方向有一個夾角,共有四種空間傾斜方向, 部分紗線通過了材料的厚度方向, 有效提高了材料厚度方向的性能, 但是, 同時使材料的面內性能有所下降。而在三維五向編織結構中, 除了有四組傾斜分布的編織紗線以外, 還有一組沿材料縱向 (編織成型方向或第五向) 分布的紗線。縱向紗線幾乎處于伸直狀態, 可以改善材料縱向性能。
三維四向編織、三維五向編織示意圖
三維編織材料的性能表及測試方法都未形成成熟的標準, 需要進一步進行研究探討。下面將通過Digimat-FE對三維五向編織進行建模，通過Digimat-FE計算三維五向編織材料的工程常數，以實現通過仿真對三維五向編織材料性能的預測。
首先，在Digimat-FE中定義材料屬性。分別包括基材與纖維特性
接下來定義每相特性與RVE特性，
最終就可以生成三維五向編織的RVE模型如下圖所示
然后對模型進行像素網格劃分
選擇計算工程常數
最終可計算出工程常數
從上述過程可以看到，通過Digimat-FE我們可以很方便的對三維編織材料的力學性能進行表征。
展開 NX復合材料算例 編織復材定義+切線+拼接定義
***算例4編織復材定義+切線+拼接定義（Draping a layup on a motorcycle mud guard）
原始文件：Mud_Guard_draping.fem
（路徑：NXLC_Dec2013\NXLCTurorial_exercices\student_home\parts_nastran）
分析類型：前處理
3D模型：擋泥板
算例概述：
首先定義一個全局鋪層，并將其賦予已有網格，將鋪層鋪覆在曲面上（鋪覆求解器：Woven），檢查鋪層之后發現有不良的鋪層，鋪層撕裂（tearing），鋪層角過大（fiber shearing, exceed lock angle），通過兩種手段，一個是定義cut，還有一個是定義絞接splice，理順鋪層。
操作視頻鏈接：
百度網盤：http://pan.baidu.com/s/1eShUnOQ
優酷：http://v.youku.com/v_show/id_XMTYwMjI1NTkyOA==.html?from=y1.7-2
展開 基于Abaqus的umat子程序實現三維編織復合材料疲勞性能預測
如圖所示，在單胞徹底失效前，材料損傷區域變化不大，但一旦發生失效，擴展十分迅速，說明了疲勞破壞具有突變性和快速性。
圖3 纖維束損傷演化情況
3. 后記
最后，筆者在這邊強調下，本文提到的方法適用面較廣，不僅僅只針對于三維編織復合材料，對于一般的纖維增強復合材料均可適用，只需在Umat子程序中調整對應參數即可。同時，大家若有更好的想法、建議或相關需求，可通過公眾號或站內私信聯系我們。
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參考文獻：
馮繼強. 三維四向編織復合材料疲勞性能研究[D]. 2017.
展開 聯合使用Hetval和USDFLD模擬三維編織復合材料沖擊損傷生熱
三維編織復合材料具有復雜的細觀結構，附件文獻對三維編織復合材料沖擊損傷生熱進行了細致的研究。他們分別建立了樹脂基體和纖維束，再進行幾何體的組裝，如下圖所示：
用這種方式建立的三維模型，建模比較復雜，網格的劃分也特別費時費力，而且很容易出現計算不收斂的情況，在此推薦另一鐘做法，直接用USDFLD定義場變量的方式，區分樹脂基體和纖維束，用這種方式建模的模型如下所示：
詳情可以參考這篇文獻：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0017931017341595?via%3Dihub。
三維編織復合材料吸濕性能有限元分析.pdf
對于某種特定材料，有許多種損傷準則可以選擇。文獻認為，在準靜態情況下溫度場與應力應變的關系為：
其中，k是熱傳導率，T是絕對溫度，C是比熱，a是熱膨脹系數，r和u是彈性常數，p是密度。
此外，在沖擊情況下溫度場與應力應變關系為：
b為材料相關的系數，對于雙酚樹脂，取值為0.25。
基于上述熱力耦合的本構模型，工作室通過聯合USDFLD和Hetval子程序，實現了考慮沖擊損傷的熱力耦合本構模型，得到的結果如下圖所示：
詳細信息參看文獻：
熱力關系文獻.pdf
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展開 分享諾丁漢大學復合材料三維編織結構建模工具包（附說明書及參考文獻）
給大家分享一個諾丁漢大學編寫的三維編織復合材料建模工具包，附件有文獻和使用說明。程序時公開的，但是使用時記得在參考文獻中注明其出處哦。
以下是程序界面，軟件名稱TexGen,軟件生成的編制結構可導入幾大有限元軟件，效果還不錯。
程序界面
文件過大，可通過以下鏈接下載：
鏈接：http://pan.baidu.com/s/1gfwSeg7 密碼：ie9r
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Abaqus二維復合材料拉伸失效
[圖片]
Sci.綜述: 富勒烯-二維納米材料復合材料及其在催化、器件中的應用
然而，原始C3N4由于光生電子-空穴對的復合率較高，光催化活性受到限制，應歸因于其相對較大的帶隙(≈2.7eV)以及納米片之間存在接觸電阻。考慮到C60具有優異的電子傳輸能力，有利于供體分子的光生電荷快速轉移以及降低光生電子-空穴對的復合，研究人員將g-C3N4與C60進行復合，驗證了這一策略在改善光催化性能的效果。
4．富勒烯/過渡金屬二硫化物復合材料
圖15 C60-MoS2復合材料制備及其電子性能
圖16 C60-MoS2復合材料的光催化機理
作為另一類新型無機2D半導體納米材料，過渡金屬二硫化物(TMDs)由于其有趣的電子、光學和機械性質而引起了廣泛的關注，二硫化鉬(MoS2)是其中最具代表性的材料。單層MoS2具有約1.8eV的直接帶隙以及較高的面內載流子遷移率，在光/電催化、光伏和光電器件領域具有廣泛應用。盡管研究人員對MoS2在光催化制氫領域中的作用進行了廣泛的研究，但即使是單層MoS2，其光催化活性也相對較低，因為只有其邊緣具有高催化活性，而其基面是無活性的。與石墨烯和g-C3N4類似，構筑MoS2與包括富勒烯在內的其他功能材料的復合材料可有效提高MoS2的光催化制氫活性。
5．富勒烯/其他二維材料的復合材料
2D h-BN是一種sp2雜化的寬帶隙半導體(5-6eV)，其具有類似于石墨烯的結構。
展開 
各種二維三維混凝土骨料、再生骨料、顆粒增強復合材料幾何微觀模型
? 二維——多邊形+橢圓混雜骨料
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，橢圓或者多邊形所占比例，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，多邊形可控制凹凸性，橢圓長徑比可調控，投放比例最高可達80%。
? 三維——隨機纖維+鋼筋
可控參數：模型尺寸，纖維數量或者體積分數，級配范圍（纖維直徑、長度+纖維數量），可加邊界（目前未做），也可做成空心管（目前未做），投放比例根據級配會有所變化，纖維可選為實體或者線（桿單元），纖維傾角可控，鋼筋直徑和長度，鋼筋起始位置。
? 二維——圓骨料（再生骨料）
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，級配范圍（體積分數+顆粒大小），可加邊界（一層及以上均可），再生骨料可控制其比例，投放比例最高可達80%。
? 二維——幾何周期性骨料
可控參數：模型尺寸，總顆粒占比，橢圓或者多邊形所占比例，級配范圍（體積分數+顆粒大小），多邊形可控制凹凸性，投放比例目前只能達到35%，如需要可定制。
展開 二維MXenes及其納米復合材料的表面與異質表面工程-電催化與光催化研究
MXene復合體系HER研究
在電催化方面，研究表明不同官能團對于MXene電催化性能有著十分顯著的影響，其課題組通過實驗和理論兩方面進行驗證發現表面覆蓋氟官能團的MXene材料對于產氫催化有著積極地影響。在實驗上，Mo2C是一種最為常見的電催化MXene材料，諸如Mo2C/2D-NPCs、氮摻雜的Mo2C[8]納米片都表現出了很好的電催化性能。
2.3 MXene在CO2RR催化方面的研究
圖8. MXene在
CO2
RR方面的理論研究
李能教授課題組從新型二維材料MXene 的表界面結構的結構計算設計出發、深入研究CO2捕獲與光催化還原的電子輸運物理機制，提出實現新型的高效光催化還原CO2材料體系的策略；研究了在酸性條件下，MXene-Tx(T=OH)中的羥基還原成H2O 的電化學機理，從理論上證明了形成干凈的MXene 表面的可行性。同時，武漢理工大學余家國課題組合成了2D/2D超薄Ti3C2/Bi2WO6異質結納米復合材料，發現其在CO2RR方面催化性能有有明顯的提升。
2.4. MXene在N2RR及其他環境催化方面的研究
李能教授及其合作者，運用第一性原理計算，證實了MXene 能作為良好的催化還原N2為人工合成氨的載體；同時在有機污染物降解方面，解修強等人合成了Ti3C2/CdS 2D/2D復合材料，Ti3C2Tx助催化劑不僅用為電子介體增強對CdS中電子的提取，也抑制了空穴的光腐蝕作用，使得電子的壽命得到了提升。
展開 母親節特稿 | Digimat 編織材料，傳遞溫暖
概述
提起母親，總是要想起小時候，寒冷冬夜里挑燈給小編織的毛衣、圍巾，雖然粗糙，但是溫暖。如今，雖然可以很便利的買到各種款式新穎、花紋漂亮、材質保暖的毛衣，但是母親的溫暖卻是買不到的。作為一個復合材料從業人員，編織毛衣小編是不會的，不過在母親節來臨之際，利用自己的所學，做一個編織材料的小算例，回饋母愛，也作對天下母親的祝福。
典型的編織結構示意
挑戰
復合材料中編織復合材料的原理和編織毛衣的原理是很類似的，編織復合材料具有高度整體化的空間互鎖網狀結構，可有效避免傳統層和復合材料的分層破壞，沖擊韌性、損傷容限與抗疲勞特性優異，結構可設計性強，能夠實現異形件的凈尺寸整體成型，因此在結構材料領域倍受關注。
三維紡織復合材料還具有損傷后易修理、工藝上便于整體成型和一次成型的優點，可減少零件和模具的數量。目前，采用三維編織復合材料可以制作飛行器、汽車等上的多種不同形狀的承力梁、接頭，多種形式的耐燒蝕、高承受力的圓筒形、錐筒形的制件；還可以在人造生物組織方面發揮作用，制作人造骨、人造韌帶，以及制作接骨板等。在保證力學性能相同或提高的情況下，大大減輕這些制件的重量，從而使整個飛行器、汽車等的性能得到提高。三維編織材料的性能計算一直是編織材料設計的重要組成成分。
傳統編織材料的分析結構分析流程只能在CAD中創建，導入有限元軟件之中，劃分網格，計算，然后在通過計算后處理手動計算出RVE性能。基本一個流程走下來沒有一周的時間是無法完成的。加上反復的迭代，項目完成的時間是無法估計和保證的。那么，如何加快編織復合材料性能計算呢？
展開 主動變形智能復合材料設計與變形模擬報告
主動變形智能復合材料
設計與變形模擬報告
主動變形智能復合材料
設計與變形模擬報告 ￥19.89
在通電條件下，MFC發生電能-機械能轉換，驅動結構復合材料發生變形。主動變形智能復合材料的變形能力與MFC的性能、結構復合材料的厚度、鋪層方向等因素有關。復合材料的優勢是其結構包括鋪層的可設計性，因此，需進行鋪層設計及變形模擬方面的工作，為后續實驗研究提供理論指導。
二、研究內容
本項目以復合材料層合板+MFC復合后的材料為研究對象，以復合材料層合板的力學性能、MFC的基本性能為輸入，以復合材料層合板+MFC復合后的材料最大彎曲角度為2°為目標，進行鋪層設計和變形仿真模擬。建立厚度、鋪層方式與變形角度的關系，篩選出優化的鋪層和厚度，為下一步進行縮比典型試驗件的設計和研制提供理論指導。
展開 