復(fù)合材料、雷擊損傷、相變、abaqus的案例
基于ABAQUS熱電耦合模塊模擬復(fù)合材料雷擊 ￥48
模型描述：
本例所選模型為100mm×100mm的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)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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Abaqus 復(fù)合材料雷擊后的電-熱-力多場(chǎng)耦合分析
當(dāng)復(fù)合材料遭遇雷擊時(shí)，復(fù)合材料會(huì)同時(shí)受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過時(shí)由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導(dǎo)致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會(huì)使材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能降低。受到雷擊作用后，復(fù)合材料的性能必然會(huì)下降，因此還需要對(duì)雷擊后復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析，定量計(jì)算雷擊對(duì)復(fù)合材料承載力的影響。
對(duì)復(fù)合材料的雷擊分析可以分為兩個(gè)步驟：1 電-熱強(qiáng)耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析。
電-熱強(qiáng)耦合分析
電流流過導(dǎo)體的過程中，所耗散的能量會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，即產(chǎn)生焦耳熱。電場(chǎng)控制方程為
電流流過導(dǎo)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(dǎo)方程可以用下式描述
美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點(diǎn)處不同時(shí)間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場(chǎng)后，可以根據(jù)溫度場(chǎng)確定雷擊導(dǎo)致的燒蝕區(qū)域。通過USDFLD子程序標(biāo)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(zhǔn)則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對(duì)含初始損傷的復(fù)合材料平板進(jìn)行漸進(jìn)損傷分析，以獲得其剩余強(qiáng)度。計(jì)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(fù)合材料從雷擊點(diǎn)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(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度的影響。
展開 Abaqus 復(fù)合材料雷擊后的電-熱-力多場(chǎng)耦合分析
當(dāng)復(fù)合材料遭遇雷擊時(shí)，復(fù)合材料會(huì)同時(shí)受到電-熱-力的耦合作用。根據(jù)焦耳熱定律，雷電流流過時(shí)由材料電阻產(chǎn)生的大量焦耳熱量使材料溫度上升，導(dǎo)致材料出現(xiàn)燒蝕損傷。燒蝕損傷也會(huì)使材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能降低。受到雷擊作用后，復(fù)合材料的性能必然會(huì)下降，因此還需要對(duì)雷擊后復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度進(jìn)行分析，定量計(jì)算雷擊對(duì)復(fù)合材料承載力的影響。
對(duì)復(fù)合材料的雷擊分析可以分為兩個(gè)步驟：1 電-熱強(qiáng)耦合分析，2 考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析。
電-熱強(qiáng)耦合分析
電流流過導(dǎo)體的過程中，所耗散的能量會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，即產(chǎn)生焦耳熱。電場(chǎng)控制方程為
電流流過導(dǎo)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(dǎo)方程可以用下式描述
美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行電-熱耦合分析
可以得到平板中心點(diǎn)處不同時(shí)間的溫度分布如圖所示
考慮初始燒蝕損傷的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
通過電-熱耦合分析得到溫度場(chǎng)后，可以根據(jù)溫度場(chǎng)確定雷擊導(dǎo)致的燒蝕區(qū)域。通過USDFLD子程序標(biāo)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(zhǔn)則https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124對(duì)含初始損傷的復(fù)合材料平板進(jìn)行漸進(jìn)損傷分析，以獲得其剩余強(qiáng)度。計(jì)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(fù)合材料從雷擊點(diǎn)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(duì)復(fù)合材料強(qiáng)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(jī)性的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
Abaqus 考慮材料隨機(jī)性的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
由于制造工藝、外部環(huán)境等的影響，材料的隨機(jī)分布是個(gè)普遍存在的現(xiàn)象。目前針對(duì)復(fù)合材料的分析中，絕大部分并未考慮材料隨機(jī)性對(duì)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(jī)性引入復(fù)合材料的漸進(jìn)損傷分析中，對(duì)比了不同的隨機(jī)分布對(duì)仿真結(jié)果的影響。
本文的仿真對(duì)象為一種短切纖維復(fù)合材料(芳綸紙)，主要從宏觀的角度研究了短纖維取向隨機(jī)性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
材料的隨機(jī)性一般可以認(rèn)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(shí)現(xiàn)。Box-Muller算法是通過服從均勻分布的隨機(jī)變量，來構(gòu)建服從正態(tài)分布隨機(jī)變量的一種方法。具體實(shí)現(xiàn)方法為：選取兩個(gè)服從
[0,1]
上均勻分布的隨機(jī)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(jī)數(shù)，以下為部分代碼
Fortran中生成服從Weibull分布隨機(jī)數(shù)的方法可以參照文獻(xiàn)[1]。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1205134中同樣采用了文獻(xiàn)[1]中的方法生成了服從Weibull分布的隨機(jī)數(shù)。
復(fù)合材料的損傷萌生準(zhǔn)則和損傷演化準(zhǔn)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 Vumat子程序計(jì)算復(fù)合材料損傷 ￥10
用于復(fù)合材料三維實(shí)體單元，3D Hashin損傷準(zhǔn)則
Abaqus小球沖擊復(fù)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(xué)習(xí)參考
Abaqus 考慮濕熱環(huán)境影響的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
Abaqus 考慮濕熱環(huán)境影響的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析
濕熱環(huán)境的作用會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料本身的力學(xué)性能變化。 試驗(yàn)研究表明，單向復(fù)合材料的力學(xué)性能在一定的濕熱范圍內(nèi)單調(diào)變化，另一方面，濕熱環(huán)境在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生濕熱變形與應(yīng)力，導(dǎo)致基體、纖維或界面發(fā)生變化或破壞，從而使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度發(fā)生變化。
濕熱應(yīng)變可由下式表示
其中，熱應(yīng)變?yōu)?濕度應(yīng)變?yōu)?于是
損傷萌生準(zhǔn)則和損傷演化準(zhǔn)則等可以參考http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1206124
通過編寫umat子程序，可以計(jì)算得到以下結(jié)果
圖 1 損傷演化(上:纖維損傷；下:纖維間損傷)和載荷位移曲線
圖 2 濕熱環(huán)境對(duì)極限載荷的影響
參考文獻(xiàn)：劉玉佳, 燕瑛, 何明澤, et al. 濕/熱/力耦合條件下復(fù)合材料結(jié)構(gòu)漸進(jìn)損傷仿真[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2012(03):103-107+112.
展開 基于Abaqus的vumat進(jìn)行纖維增強(qiáng)復(fù)合材料漸進(jìn)損傷與失效仿真
對(duì)于層內(nèi)損傷：采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ碗p曲正弦函數(shù)建立復(fù)材剪切非線性關(guān)系，如下圖所示：
復(fù)合材料剪切非線性模型
采用3D Hashin (也可以是Chang-Chang, 最大應(yīng)力, Puck準(zhǔn)則等等)模擬復(fù)合材料初始失效：
在正交各向異性剛度矩陣中引入纖維和基體損傷變量的：
其中dft，dfc ，dmt，dmc分別為表征纖維拉伸，纖維壓縮，基體拉伸和基體壓縮這四種損傷模式的損傷變量，E 和μ 分別為彈性模量和泊松比，Smt和Smc 分別為復(fù)合材料基體拉剪耦合和壓剪耦合系數(shù)；定義等效應(yīng)力和等效位移：
其中l(wèi)c為特征單元長(zhǎng)度。采用線性剛度退化形式定義材料的等效應(yīng)力和損傷變量，如下圖所示，關(guān)于等效應(yīng)力應(yīng)變的損傷演化方式如下：
復(fù)合材料損傷演化
利用Cohesive單元模擬復(fù)合材料分層損傷，采用二次應(yīng)力準(zhǔn)則作為損傷初始判據(jù)和混合能量演化B-K準(zhǔn)則作為損傷演化準(zhǔn)則。使用ABAQUS的VUMAT接口完成復(fù)合材料本構(gòu)模型的編寫。
展開 Abaqus Umat子程序計(jì)算復(fù)合材料損傷 ￥15
集成最大應(yīng)力準(zhǔn)則、3D Hashin準(zhǔn)則，應(yīng)用于兩種材料
ABAQUS-纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的損傷演化和網(wǎng)格移動(dòng)
ABAQUS-纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的損傷演化和網(wǎng)格移動(dòng).doc
考慮纖維隨機(jī)取向的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析在abaqus中umat子程序的實(shí)現(xiàn)
由于制造工藝、外部環(huán)境等的影響，材料的隨機(jī)分布是個(gè)普遍存在的現(xiàn)象。目前針對(duì)復(fù)合材料的分析中，絕大部分并未考慮材料隨機(jī)性對(duì)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(jī)性引入復(fù)合材料的漸進(jìn)損傷分析中，對(duì)比了不同的隨機(jī)分布對(duì)仿真結(jié)果的影響。
本文的仿真對(duì)象為一種短切纖維復(fù)合材料(芳綸紙)，主要從宏觀的角度研究了短纖維取向隨機(jī)性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
材料的隨機(jī)性一般可以認(rèn)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(shí)現(xiàn)。Box-Muller算法是通過服從均勻分布的隨機(jī)變量，來構(gòu)建服從正態(tài)分布隨機(jī)變量的一種方法。具體實(shí)現(xiàn)方法為：選取兩個(gè)服從
[0,1]
上均勻分布的隨機(jī)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(jī)數(shù)，以下為部分代碼
Fortran中生成服從Weibull分布隨機(jī)數(shù)的方法可以參照文獻(xiàn)[1]。
復(fù)合材料的損傷萌生準(zhǔn)則和損傷演化準(zhǔn)則可以參考https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1260993。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。
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Abaqus用戶子程序USDFLD實(shí)例詳解-復(fù)合材料層壓板漸進(jìn)損傷強(qiáng)度
Abaqus用戶子程序USDFLD實(shí)例詳解--復(fù)合材料層壓板漸進(jìn)損傷強(qiáng)度分析
1、用USDFLD子程序漸進(jìn)損傷分析方法分析層壓板的強(qiáng)度。
2、層壓板由25層單層板組成，單層板厚度為0.15mm。層壓板的鋪層順序、單層板的材料屬性見下表。
3、層壓板幾何尺寸：
厚度 T = 3.75mm;
寬度 W = 12mm；
長(zhǎng)度 L >1.5W。
L可以任取，主要研究材料性能，為研究大部件性能做參考。
4、加載方式：沿長(zhǎng)度方向施加壓縮載荷，在本例中施加位移載荷，讀取相應(yīng)的力。
詳細(xì)步驟：
code.zip
Abaqus用戶子程序USDFLD實(shí)例詳解.rar
展開 abaqus三維復(fù)合材料彈塑性+漸進(jìn)損傷本構(gòu)模型-3D VUMAT ￥145
對(duì)于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的模擬，在<a href="/major/ABAQUS中，集成了二維Hashin失效準(zhǔn)則與多種損傷演化準(zhǔn)則，但缺少三維的復(fù)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(fù)合材料彈塑性、漸進(jìn)損傷本構(gòu)模型-Vumat子程序。平紋織物復(fù)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(xué)習(xí)復(fù)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，但確保能順利運(yùn)行，且單元驗(yàn)證結(jié)果與理論公式一致，介意請(qǐng)勿拍。
程序中塑性迭代部分并非主流的牛頓-拉夫遜和梯度下降方法，但經(jīng)過驗(yàn)證能夠適用于該模型，介意請(qǐng)勿拍。
附件內(nèi)容：1. inp算例模型(低速?zèng)_擊工況，1/4模型，層間使用cohesive element) 2. 子程序 3 .使用方法 4.參考論文名稱
首先介紹該子程序的使用方法與效果
1. 在ABAQUS中建立三維復(fù)合材料模型，這里建立一個(gè)簡(jiǎn)單的方塊。賦給材料方向，1,2方向分別表示絲束的方向，3方向表示垂直于1，2的方向，也就是面外方向。
2. 建立材料屬性
3. 建立顯示Explicit計(jì)算時(shí)間步，時(shí)間0.005，在場(chǎng)輸出中勾選輸出 SDV和 STATUS.
4. 劃分網(wǎng)格，賦給Explicit 3D stress單元類型，邊界條件根據(jù)需要設(shè)定即可，此處不再贅述。此處劃分為一個(gè)單元，使用12方向往復(fù)加載卸載。建立Job，提交模型前在Job中選擇該子程序，設(shè)置雙精度計(jì)算。
5. 查看結(jié)果，等效塑性應(yīng)變?cè)谛遁d時(shí)沒有變化，再次加載時(shí)剪切應(yīng)力按照原來的路徑返回，剪切損傷在卸載時(shí)也保持不變。
6. 將該子程序應(yīng)用在低速?zèng)_擊模型中，可以順利運(yùn)行。
接下來簡(jiǎn)要介紹該子程序的相關(guān)理論，子程序、參考的論文名稱以及輸入材料參數(shù)的對(duì)應(yīng)含義打包在附件中。
展開 基于Abaqus/Explicit的復(fù)合材料漸進(jìn)損傷失效模型及VUMAT子程序講解分析（含詳細(xì)視頻教程）
Gmc (N/mm)
1.1
在abaqus中，輸入的材料參數(shù)如下圖：
圖2 abaqus中的材料參數(shù)輸入
為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)行單元測(cè)試，沿著纖維方向拉伸，材料方向如下：
圖3 材料方向
邊界條件如下：
圖4 邊界條件
最后計(jì)算獲得的應(yīng)力應(yīng)變曲線和損傷參數(shù)曲線如下圖，通過應(yīng)力應(yīng)變曲線可以看出：當(dāng)應(yīng)變?yōu)?.0166661，應(yīng)力為2511.21MPa時(shí)，發(fā)生初始損傷。
【免費(fèi)】ABAQUS中纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料/混凝土/SHCC/ECC/FRC的損傷塑性模型
應(yīng)變硬化水泥基復(fù)合材料（SHCC）是一種高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，呈現(xiàn)多裂紋開裂機(jī)制與高延性，極限拉伸應(yīng)變可達(dá)3%~8%，裂紋平均寬度約為60 μm。近年來，SHCC/ECC的理論研究以及工程應(yīng)用不斷增加，尤其是在其優(yōu)越的拉伸性能和在抗震結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。如俞可權(quán)等將PE纖維配置了超高性能工程水泥復(fù)合材料，其抗壓強(qiáng)度約為120 MPa，抗拉強(qiáng)度高達(dá)12 MPa，拉伸應(yīng)變能力超過8％。本貼介紹纖維增強(qiáng)混凝土（SHCC/ECC/FRC）的損傷塑性模型，分為四個(gè)部分，首先介紹真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變的轉(zhuǎn)換，然后介紹SHCC/ECC/FRC的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，再介紹SHCC/ECC/FRC的損傷塑性模型，最后進(jìn)行四點(diǎn)彎曲梁的累加循環(huán)仿真計(jì)算。
1. ABAQUS中真實(shí)應(yīng)力與真實(shí)應(yīng)變
ABAQUS中必須用真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變來定義塑性。而大多數(shù)實(shí)驗(yàn)（單軸拉伸、單軸壓縮等）得到的是名義應(yīng)力和名義應(yīng)變。故必須將實(shí)驗(yàn)得到的名義應(yīng)力和名義應(yīng)變轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)力和真實(shí)應(yīng)變，從而得到ABAQUS中需要的材料參數(shù)。
考慮塑性變形的不可壓縮性，真實(shí)應(yīng)力與名義應(yīng)力間的關(guān)系:
得到：
令
可以得到真實(shí)應(yīng)力與名義應(yīng)力、名義應(yīng)變的關(guān)系：
真實(shí)應(yīng)變與名義應(yīng)變的關(guān)系：
2. SHCC/ECC/FRC的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
SHCC/ECC在單軸拉伸時(shí)呈現(xiàn)應(yīng)變硬化現(xiàn)象，其簡(jiǎn)化的本構(gòu)關(guān)系較為常見的有兩種：理想彈塑性模型和線性強(qiáng)化彈塑性模型。在本帖中，采用線性強(qiáng)化彈塑性模型。
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