復合材料強剛度分析的案例
縫合復合材料剛度性能有限元分析 ￥48
概述
縫合復合材料是一種具有深遠應用前景的新型樹脂基復合材料，本文旨在給出縫合復合材料彈性常數的一種計算方法，對縫合復合材料力學性能進行有限元分析，在一定程度上復現附件文獻的結果。
2. 縫合復合材料結構
縫合復合材料結構如圖1所示，包括層合板和縫合纖維束。其中，面板采用0度和45度對稱鋪層，共計6層。
圖 1 縫合復合材料結構
3. 載荷及邊界條件
為計算材料不同方向的剛度性能參數，需要計算4個工況：
圖2 x方向拉伸
圖3 y方向拉伸
圖4 z方向拉伸
圖 5 面內剪切
4. 數據處理方法
彈性模量的計算采用式：
泊松比的計算采用式：
剪切模量的計算采用式：
需要指出的是，應變的計算采用面上平均位移除以加載方向模型長度得到。
5.
展開 基于TSDT與DQM的高階氣動彈性求解器：復合材料變剛度/變厚度非線性顫振分析
針對傳統商業有限元在處理變剛度復合材料（VSCL）與變厚度幾何時存在的網格畸變、計算耗時長、非線性極易發散等痛點，本人開發了一套基于 MATLAB 的高階半解析氣動彈性求解器。
本求解器直接基于連續介質力學方程進行離散，可實現復合材料板殼/懸臂翼面的極速參數掃描與深區非線性分岔追蹤。現分享部分計算結果，并承接相關復雜工況的定制計算與數據圖表輸出。
一、 核心理論框架
結構本構： 采用三階剪切變形理論（TSDT），精準計及蜂窩軟芯等夾層結構的橫向剪切效應，避免一階理論（FSDT）的非保守性誤差。
氣動模型： 基于超聲速一階活塞理論。
數值離散： 采用梯形/任意四邊形域等參映射，結合算子化微分求積法（DQM），以極少的網格節點實現高精度全局離散，徹底消除有限元長寬比災難。
二、 求解器核心功能邊界
復雜特征兼容： 支持曲線纖維變剛度路徑空間分布、支持展向厚度漸縮/雙楔形截面、支持各種經典邊界條件（懸臂、簡支等）。
線性頻域分析： 極速提取復特征值，繪制高分辨率 V-g / V-f 根軌跡圖。支持多約束下的全參數空間顫振邊界尋優。
非線性時域分析（核心優勢）： 基于 von Kármán 大變形假設，采用時域雙軌分岔追蹤法。可穩定提取極限環振蕩（LCO）幅值分岔拓撲。
深區高維相空間分析： 支持深度超臨界區的高次諧波 FFT 分析、繪制龐加萊截面、捕捉吸引盆分裂與模態躍遷。
三、 業務對接
本求解器運行效率極高，單工況特征值提取僅需數秒。
如果您課題組遇到商業軟件不收斂、或者急需底層數據支撐機理分析，歡迎私信聯系。
展開 轉載，ABAQUS復合材料仿真到底有多強
復合材料具有制造工藝簡單、重量輕、比強度高、比剛度大、耐腐蝕等特點，因而其在航空航天、汽車、船舶等領域，都有著廣泛的應用。復合材料的大量應用對分析技術提出新的挑戰。
Abaqus針對復合材料的應用有許多獨特的優勢，包括前后處理建模、靜強度分析（包括穩定性分析）、熱分析、碰撞分析、失效分析、以及斷裂分析等。
一、 復合材料固化成型
復合材料熱固化的過程，可以認為是復合材料預浸料經歷一系列溫度變化的熱固耦合過程。典型的溫度變化過程為：由室溫升溫30分鐘到185℃，保持1個小時，繼續升溫到195℃，保持2個小時，然后降溫到70℃以下。整個過程可以采用熱固耦合分析，由于基體材料和纖維增強材料的熱膨脹系數不一樣，一系列的溫度變化導致熱應力產生，致使結構發生翹曲變形。
下圖表示的是采用Abaqus中的熱固耦合功能分析某復合材料結構在熱固化后結構發生變形。
二、 復合材料后屈曲行為模擬
許多情況下復合材料層合板的屈曲以及后屈曲行為是要重點考慮的。Abaqus/Standard中Buckling和Riks分析步能夠很好的模擬屈曲行為。
三、 Abaqus中復合材料的失效準則和損傷模型
Abaqus中的復合材料失效準則主要有：
ü MSTRS 最大應力理論失效準則
ü TSAIH Tsai-Hill理論失效準則
ü TSAIW Tsai-Wu理論失效準則
ü AZZIT Azzi-Tsai-Hill理論失效準則
ü MSTRIN 最大應變理論失效準則
四、 Abaqus中復合材料分層破壞的模擬
復合材料的分層破壞是很嚴重的失效形式。如何有效的模擬復合材料的分層破壞，是很重要的問題。
展開 在HyperLaminate計算復合材料ABD剛度矩陣 ￥4.9
在HyperLaminate計算復合材料ABD剛度矩陣
首先導入模型，創建好需要進行ABD剛度矩陣計算的pcomp屬性，在HyperMesh2d面板下選擇HyperLaminate
進入HyperLaminate面板
『分享』MSC軟件在復合材料艙體開口補強研究中的應用
摘要：本文以航天領域中常用的復合材料開口艙體為研究對象，利用MSC/NASTRAN和MSC/PATRAN軟件，建立了復合材料殼體與加筋結構的耦合模型，有效模擬了開口補強部位復合材料、金屬結構與加強筋的協同作用，并給出了相應的分析結果。
南京大學李承輝教授課題組CEJ：粘性可調的變剛度復合材料
圖1 SMP的合成與氫鍵作用以及SMP/GNs復合材料的制備
對材料進行拉伸測試與流變學測試可知，復合材料的機械強度對溫度具有高度敏感性，其模量大小隨溫度升高而減小，說明材料具有優良的變剛度性質。同時溫度循環流變測試表明材料的變剛度性具有可循環性和高重復性的特征(圖2)。
圖2 SMP/GNs復合材料的機械性質與流變學性質
對材料進行粘合性測試，制備的復合材料對多種表面(如鋼、鐵、玻璃等)具有優異的粘合性質，其中對玻璃的剪切粘接強度可達6.48 MPa，并且可重復多次使用。通過熱壓冷卻的方式使用SMP/GNs將兩塊鋼板粘合起來，0.2 g的粘合劑便可承載20 kg以上的重量(圖3)。
圖3 SMP/GNs復合材料的粘合性質
由于基體材料SMP的多氫鍵和變剛度性質，在加熱時體系中部分羧基與氨基暴露出來，與物體表面發生作用，產生粘附性。而當溫度過高時，由于氫鍵解離材料自身模量下降，導致粘附性變弱。通過不同溫度下復合材料的粘附力測試，表明粘附力隨溫度升高具有先上升后下降的特性(圖4)。
圖4 溫度對SMP/GNs復合材料粘合性質的影響
利用復合材料粘附力隨溫度變化的性質，研究團隊基于SMP/GNs制作出簡易的電驅動夾持器，施加電壓便可粘附不同形狀的物體。此外，通過改變施加電壓的大小，還可以實現對物體的粘附與剝離，為電驅動萬用夾持器的設計提供了新的方案(圖5)。
展開 捷豹路虎研發新復合材料，剛度提升30%
近日，捷豹路虎正在開展一項輕質復合材料的研究工作，這種材料計劃在2022年推出，未來或許會應用在電動汽車上。據車叔了解，這種新型材料中包含了碳纖維和玻璃纖維，不僅能減輕車身的重量，還能讓車身剛度提升30%，這就使得采用該材料的電動汽車在操控、續航以及碰撞測試方面有了極大提升。
就目前而言，捷豹只有I-PACE一款純電動車型，不過捷豹計劃接下來還將推出XJ純電版以及J-PACE純電版車型，而J-PACE純電版車型極有可能是一款大型SUV，未來會與特斯拉MODEL X等車型產生直接競爭。此外，海外網站也曝光出路虎ROAD ROVER純電動車型的渲染圖，新車或許會在2022年亮相。
捷豹路虎研發經理Marcus Henry表示：“汽車車身結構的輕量化研究和推進動力總成零排放相得益彰，是捷豹路虎持續推進電動化的重要環節。通過更廣泛的技術運用，該項目將真正實現電動汽車的環保價值，并推動捷豹路虎和英國供應鏈體系在低碳科技領域處于世界領先地位。”
展開 Moldex3D模流分析之FRP(纖維補強材料)
樹脂轉注成型（Resin Transfer Molding，RTM）是利用FRP(纖維補強材料)制造方法的其中一種。FRP是一種由高分子基材通過纖維補強的復合材料；FRP產品因為其高強度和剛度已被廣泛用于航空器和汽車。在樹脂轉注成型的基本制程為：纖維布首先被放入模穴，接著將熱固性樹脂注入到模穴中。
樹脂轉注成型制程最大的挑戰是選擇入口和通風位置，以避免流動不平衡。纖維布內非等向性之滲透率和流體黏度會隨時間增加，而藉由3D模擬工具可以更準確地預測樹脂的充填行為。Moldex3D的樹脂轉注成型模塊可以輔助用戶在產品設計前期（試模和模具制造前）修改及優化成型或設計。
Moldex3D的樹脂轉注成型模塊（RTM）支持樹脂產品的制程仿真。在設計與3D模擬方面，通過充填/熟化的分析，用戶可以更容易評估決定適合的生產條件。此外，樹脂轉注成型模塊提供智能化的精靈工具和后處理器，能夠協助早期缺陷診斷和設計修改。
注：Moldex3D的RTM僅支持實體網格。
樹脂轉注成型(Resin Transfer Molding, RTM)是一種復合材料液態成型制程，適合用來生產需要高強度的產品，且相對于傳統方法可以減少制造時間，已應用于許多地方，對復合材質的量產來說，是個非常具潛力的制程。隨著需求增加及技術的進步，傳統RTM也延伸出許多種特別的制程，諸如HP-RTM、WRTM及CRTM等。其中 濕式樹脂轉注成型(Wet Resin Transfer Molding, WRTM) ，同時包含了壓縮成型及傳統樹脂轉注成型兩種制程(如下圖)，利用預先放置好的預填料(charge)，經由模具壓縮后充填于鋪排好的纖維布中，大大降低了傳統樹脂轉注成型的充填時間，同時充填也更均勻。此外，依照預填料的擺放設計，也降低了包封及短射等缺陷的產生。
展開 君莫粉絲答疑：復合材料力學及Abaqus復合材料分析答疑（長期有效）
平時，每天都有很多讀者發來微信消息咨詢有關復合材料力學分析方面的問題，因時間靜力有限，不能逐一答復。為了答謝廣大粉絲對君莫的支持，特推出讀者答疑活動，每周末開展復合材料力學以及Abaqus復合材料分析相關的答疑交流活動。
活動時間：長期展開，選擇周內或周末晚上開始，具體時間將在微信群或者QQ群中提前通知
參與條件：君莫文章讀者，視頻課程讀者以及參加過線下培訓的學員均可以參與。
答疑范圍：復合材料力學、Abaqus復合材料分析、復合材料強度理論、Abaqus子程序開發、Abaqus python二次開發等。
特殊說明：每期討論時間約1-2個小時，根據問題多少適當調整，有需要答疑者請提前準備好問題，以word文檔形式提交，文檔中請盡量將背景、問題點、關注點描述清楚，因時間有限，每一期僅選擇有代表性的問題進行講解，答疑活動僅限于為大家提供解決方案和思路，不涉及具體的建模或編程操作。
本活動長期開展，有意參與者請添加微信mech_of_comps，備注“讀者答疑”。
再次感謝各位讀者對君莫的關注與支持。
展開 Abaqus 考慮材料隨機性的復合材料漸進損傷分析
Abaqus 考慮材料隨機性的復合材料漸進損傷分析
由于制造工藝、外部環境等的影響，材料的隨機分布是個普遍存在的現象。目前針對復合材料的分析中，絕大部分并未考慮材料隨機性對仿真結果的影響。鑒于此，本文通過Umat子程序將材料隨機性引入復合材料的漸進損傷分析中，對比了不同的隨機分布對仿真結果的影響。
本文的仿真對象為一種短切纖維復合材料(芳綸紙)，主要從宏觀的角度研究了短纖維取向隨機性對計算結果的影響。
材料的隨機性一般可以認為服從正態分布或者weibull分布。正態分布可以通過Box-Muller算法實現。Box-Muller算法是通過服從均勻分布的隨機變量，來構建服從正態分布隨機變量的一種方法。具體實現方法為：選取兩個服從
[0,1]
上均勻分布的隨機變
量
U
1
、
U
2
，
X
、
Y
滿足
則
X
與
Y
服從均值為0，方差為
1
的正態分布。
通過上述算法，可以在Fortran中生成纖維取向在[0,90]之間服從正態分布的隨機數，以下為部分代碼
Fortran中生成服從Weibull分布隨機數的方法可以參照文獻[1]。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1205134中同樣采用了文獻[1]中的方法生成了服從Weibull分布的隨機數。
復合材料的損傷萌生準則和損傷演化準則可以參考http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124。與之不同的是由于芳綸紙厚度很小，本文中只考慮了材料的面內損傷行為。
展開 MAT_58材料卡片在新能源汽車復合材料底護板仿真分析中的應用
圖2 高分子復合材料與鋁鎂合金材料的對比
傳統的金屬防護方案雖然可靠，但過大的重量已成為阻礙車輛續航里程提升的“阿克琉斯之踵”。在此背景下，以連續纖維增強熱塑性復合材料（Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic， CFRTP） 為代表的輕量化高性能材料方案應運而生，正引領一場從“金屬護甲”到“復合材料鎧甲”的靜默革命。
圖3 底盤全方位保護5件套
在這場材料革新中，我國材料科技企業已走在前列。例如，金發科技憑借其在CFRTP領域深厚的技術積累，創新性地將該材料應用于動力電池的底護板與密封蓋系統。
底護板復合材料
① 更強的防護能力：Kingfa復合材料底護板較能夠顯著提升動力電池底部沖擊防護效果。即使在16mm直徑的球頭沖擊下下(更嚴苛的底部沖擊試驗)Kingfa復合材料底護板較3mm鋁板具有更強的防護能力；
② 更低的零件成本：使用復合材料對高強鋼的封裝，節省了電泳，PVC涂層等工藝成本，整體零件成本有很大的節約。Kingfa復合材料底護板較鋁板可以大幅節省材料成本。
更值得關注的是，金發科技通過對阻燃配方的創新設計，使CFRTP部件同時滿足了高玻纖含量、V0級阻燃、1200℃耐火燒等極端安全要求，展現了材料本身的多功能集成潛力。
然而，復合材料的“可設計性”既是其優勢，也帶來了巨大的開發挑戰。與傳統均質金屬材料不同，CFRTP的性能高度依賴于纖維種類、取向、鋪層順序以及基體特性，其破壞模式復雜多樣。僅憑物理試驗進行“試錯式”開發，成本高昂且周期漫長。因此，基于高保真度計算機仿真的虛擬設計與性能預測，已成為復合材料產品開發不可或缺的核心環節。
展開 
Ansys復合材料結構分析總結（分析篇）
復合材料強度準則
復合材料結構的受力及應力應變情況非常復雜，并要考慮各種應力應變的耦合和相互影響，復合材料強度破壞準則基于結構的宏觀破壞，一般來說復合材料的二次蔡-吳強度破壞準則較為精確。有興趣的朋友可以參考科學出版社出版的蔡為侖先生的《復合材料設計》這一本書。
3． 復合材料結構剛強度分析
一般說來，復合材料結構總是受到空間力的作用，其應力分布是三維的，因此，復合材料結構的剛強度分析一般不宜采用復合材料的板殼理論（這種理論僅考慮板殼面內的應力和橫向剪切應力，而忽略法向應力），同時，對于簡單的結構（如板、殼），可以得到彈性力學的一般解，而對于大多數結構來說，則必須用數值的方法計算，三維有限元分析是最常用的方法。采用ANSYS程序對復合材料進行剛強度分析的步驟如下：
（1） 建立結構的幾何模型
由于復合材料分析單元一般都是六面體單元，因此，在建立幾何時要特別考慮到網格劃分的方便。
（2） 建立材料模型
根據復合材料材料參數建立單向復合材料材料模型，我所采用的是碳纖維增強復合材料，有兩種建立方法。
a. 若選擇單元為各向異性單元，則根據單向復合材料的剛度矩陣或柔度矩陣建立各向異性材料模型；
b. 若選擇層合單元，則可以建立相關的材料模型，如單向復合材料則可以建立正交各向異性材料模型
（3） 選擇單元類型并設置相關屬性
根據結構特征和計算要求，選擇不同的單元類型并設置單元屬性（各種單元的選擇依據請參考概述篇或ANSYS幫助文件）
（4） 網格劃分
在建立的幾何實體上進行網格劃分，對于復合材料，選擇六面體三維實體單元，定義單元屬性，分別指定不同的材料屬性，并保證材料坐標一致，運用有限元網格生成器進行網格劃分。
（5） 定義邊界條件
根據實際情況定義邊界條件。
展開 基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態分析 ￥20
基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態分析
首先需要葉片的截面輪廓
本文原始數據將風機葉片三維模型獲取了90多個截面輪廓，最后根據實際需要，利用C#軟件編程，獲取了其中32個風機復合材料葉片輪廓點。然后再利用ansys的spline功能連線，spline連點有上線，葉片中間還有加復合材料的加強筋，所以建模時需要考慮清楚連點的個數。
再利用askin功能，兩條線之間連成面。
再由線形成面。
利用shell281單元，設置保存每層的值。
新建復合材料屬性，各向異性。
自由網格劃分，約束，求解前十階模態，
第1階模態振動
展開 直播預告 | MSC Nastran復合材料熱分析及熱機耦合分析
精彩直播預告
復合材料憑借輕質、高強度、優異的抗疲勞性能和復雜外形成型能力，在航空航天、汽車等工業領域應用廣泛。然而，其各向異性特性在高溫環境（如氣動加熱、發動機熱載荷、太空極端溫度循環）下帶來嚴峻挑戰：熱膨脹不協調、熱應力集中、層間失效風險陡增。
傳統分析方法難以精確模擬此類材料復雜的各向異性熱傳導和非線性熱力耦合行為，往往導致設計過度保守、試驗成本高昂且失效風險難以有效控制。因此，如何精準預測復合材料在熱載荷作用下的變形與應力分布，成為提升其可靠性的核心難題。
熱傳遞的4個類型
為應對這一挑戰，海克斯康工業軟件旗下的有限元結構分析軟件MSC Nastran在復合材料熱分析及熱-力耦合分析領域表現卓越。MSC Nastran憑借其在熱傳導模擬、熱-力耦合分析、性能失效評估等方面的強大能力，將有效突破復合材料熱力學分析的瓶頸，助力提升設計精度與產品可靠性。
本期直播講堂請到了海克斯康結構仿真軟件應用專家李坤鵬，在直播間中講師將重點講解MSC Nastran在復合材料熱分析及熱機耦合分析方面的各項功能，并以多個應用案例展示其在解決復合材料熱力學分析難題的創新之處。敬請關注！
直播報名
8月21日 14:00
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立即預定
直播內容聚焦
? 熱傳導模擬：精準預測復合材料結構內部溫度場分布
? 熱-力耦合分析：高效求解溫度梯度引發的熱應力與熱變形
? 性能與失效評估：識別熱環境下的潛在高風險區域
李坤鵬
海克斯康結構仿真軟件應用專家
精通結構有限元分析，有豐富的工程項目經驗，參與完成的重大項目包括：飛機適航強度分析、貨機改裝強度分析、復雜電機傳動產品失效分析與對標。
展開 復合材料破壞分析
SOLVE
7.后處里查看
這是大概的復合材料破壞分析...只是做個起頭 希望有人能補充 感謝
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位移
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Tsai-Wu Strength Index
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