復合材料、雷擊損傷、相變、abaqus
關(guān)注創(chuàng)建者：跌到迭代 創(chuàng)建時間：2018-06-06
復合材料、雷擊損傷、相變、abaqus的視頻教程
復合材料雷擊損傷——基于abaqus的雷擊過程及剩余強度仿真
課程大綱： 1.雷電弧模型2.電熱耦合模型3.復合材料熱解模型4.復合材料剩余強度分析模型 通過本課程學習，大家可以了解復合材料雷擊仿真的基本要素，理解雷擊作用下復合材料失效機理，掌握復合材料雷擊過程模擬仿真能力。
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考慮熱-電-力-化耦合的復合材料雷擊損傷分析
本課程講解了如何通過abaqus軟件對復合材料雷擊損傷進行分析。通過考慮雷擊過程的電-熱-力-化學多場耦合，計算了復合材料雷擊過程中的電場、溫度場、損傷場及熱解度場。同時也對復合材料雷擊后的剩余強度進行了分析，講解了不同場在計算中的傳遞方法，獲得了雷擊對復合材料的影響效果。
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ABAQUS-復合材料工程應(yīng)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(gòu)參數(shù)設(shè)置、泡沫材料的彈塑性可壓縮本構(gòu)模型、沖擊體和板材的網(wǎng)格劃分技巧以及如何去調(diào)試模型的收斂性，在結(jié)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(zhuǎn)化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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復合材料、雷擊損傷、相變、abaqus的實例教程
模型描述：
本例所選模型為100mm×100mm的碳纖維增強樹脂基復合材料層合板，總厚度為8mm（單層厚度0.25mm），共32層。層合板最頂層（即施加雷擊載荷層）材料方向設(shè)置為45°，其余層均為0°。
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當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉(zhuǎn)化為熱能，即產(chǎn)生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設(shè)耗散的電能全部轉(zhuǎn)換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
最后
建立如圖所示的平板進行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據(jù)溫度場確定雷擊導致的燒蝕區(qū)域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設(shè)置為1.然后結(jié)合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發(fā)現(xiàn)，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發(fā)生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
展開 當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析。
電-熱強耦合分析
電流流過導體的過程中，所耗散的能量會轉(zhuǎn)化為熱能，即產(chǎn)生焦耳熱。電場控制方程為
電流流過導體耗散的能量可以通過焦耳定律描述
熱流密度可以表示為
這里假設(shè)耗散的電能全部轉(zhuǎn)換為熱量，則ηv=1.
熱傳導方程可以用下式描述
美國軍用標準給出了雷電載荷的波形
選取電流幅值最大的A段作為初始雷擊進行分析，A段電流可以用下式描述
A段電流波形如下
建立如圖所示的平板進行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點處不同時間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場后，可以根據(jù)溫度場確定雷擊導致的燒蝕區(qū)域。通過USDFLD子程序標記燒蝕的單元，并將其損傷設(shè)置為1.然后結(jié)合UMAT子程序，采用hashin準則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對含初始損傷的復合材料平板進行漸進損傷分析，以獲得其剩余強度。計算得到的損傷云圖和載荷位移曲線如圖所示。
可以發(fā)現(xiàn)，在拉伸載荷作用下，復合材料從雷擊點處開始發(fā)生破壞，失效過程與中心開孔板類似。通過修改不同的電流峰值，可以定量得到雷擊對復合材料強度的影響。
有Abaqus相關(guān)的問題可以聯(lián)系扣扣1653004885
展開 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(huán)境等的影響，材料的隨機分布是個普遍存在的現(xiàn)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(jié)果的影響。鑒于此，本文通過Umat子程序?qū)?em>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(jié)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(jié)果的影響。
材料的隨機性一般可以認為服從正態(tài)分布或者weibull分布。正態(tài)分布可以通過Box-Muller算法實現(xiàn)。Box-Muller算法是通過服從均勻分布的隨機變量，來構(gòu)建服從正態(tài)分布隨機變量的一種方法。具體實現(xiàn)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(tài)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(tài)分布的隨機數(shù)，以下為部分代碼
Fortran中生成服從Weibull分布隨機數(shù)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(shù)。
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(nèi)損傷行為。
展開 Abaqus小球沖擊復合材料損傷教程 ￥39.9
視頻下方附帶工程文件inp，大家可以自行下載學習參考
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復合材料、雷擊損傷、相變、abaqus的最新內(nèi)容
筆名：復材失效仿真
關(guān)鍵詞：纖維增強復合材料，航空航天，漸近損傷模型，有限元仿真，沖擊
復合材料結(jié)構(gòu)漸進損傷研究
復合材料因其輕質(zhì)高強廣泛應(yīng)用于航空航天、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。當復合材料具備復雜結(jié)構(gòu)（如連接結(jié)構(gòu)）或承受復雜工況（如沖擊載荷）時，層內(nèi)損傷的模式包括多種損傷模式纖維/基體脫粘、基體開裂和纖維斷裂，從而引起復合材料結(jié)構(gòu)漸進失效。為了模擬這些現(xiàn)象，漸進損傷模型（PDM）在過去二十年中常被使用并已被證明是一種有效的方法
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本文參考了十篇左右文章，基于Abaqus/Explicit，建立了復合材料漸進損傷本構(gòu)模型并編寫了VUMAT子程序，包括彈性階段、基于應(yīng)力的三維HASHIN初始損傷準則、線性損傷演化。計算流程如下圖所示。
圖1 整體計算流程
材料模型
1.1 彈性階段
其中， (i,j=1,2,3)為應(yīng)力分量， (i,j=1,2,3) 為應(yīng)變分量，Eii (i=1,2,3) 為拉伸模量
集成最大應(yīng)力準則、3D Hashin準則，應(yīng)用于兩種材料
用于復合材料三維實體單元，3D Hashin損傷準則
當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
對于纖維增強復合材料的模擬，在<a href="/major/ABAQUS中，集成了二維Hashin失效準則與多種損傷演化準則，但缺少三維的復合材料本構(gòu)模型。
參考一篇已發(fā)表的SCI文章，使用Fortran語言建立三維平紋織物復合材料彈塑性、漸進損傷本構(gòu)模型-Vumat子程序。平紋織物復合材料在1方向和2方向絲束性能近似相同。
該程序是博士期間學習復材子程序的小部分總結(jié)，編程結(jié)構(gòu)并不是非常漂亮及完美
當復合材料遭遇雷擊時，復合材料會同時受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過時由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會使材料的導電性和導熱性能降低。受到雷擊作用后，復合材料的性能必然會下降，因此還需要對雷擊后復合材料的剩余強度進行分析，定量計算雷擊對復合材料承載力的影響。
對復合材料的雷擊分析可以分為兩個步驟：1 電-熱強耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復合材料漸進損傷分析
ABAQUS-纖維強化復合材料的損傷演化和網(wǎng)格移動.doc
由于制造工藝、外部環(huán)境等的影響，材料的隨機分布是個普遍存在的現(xiàn)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(jié)果的影響。鑒于此，本文通過Umat子程序?qū)⒉牧想S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(jié)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(jié)果的影響。
材料的隨機性一般可以認為服從正態(tài)分布或者
