纖維
關注創建者：Noizfun 創建時間：2018-07-06
纖維的視頻教程
三維隨機纖維-球體骨料細觀混凝土模型/細觀混凝土/纖維混凝土
如下圖所示，當纖維的方向指向骨料時，雖然纖維與骨料并沒有相交，但簡單地使用點到直線的距離公式，會被判斷為相交狀態，這根纖維就將被認為不能放在混凝土中。可能會說，即使這樣纖維仍然還會有很多的區域可以投放，但混凝土中存在著成百上千甚至上萬個的骨料，投放纖維之前遍歷已有骨料的坐標后，再按照這樣局限的方法進行判斷，纖維存在的區域勢必大大降低，生成出來的纖維分布狀態并不樂觀。
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POLARIS_Fibrogenesis細觀隨機纖維嵌入插件介紹
支持的纖維形態：直纖維或波浪纖維；直纖維即為直線，由兩個端點控制；波浪纖維則為正弦函數，由波幅、頻率控制。也可聯系開發者付費定制所需的纖維形狀。 二維纖維可交叉或相互獨立并存在一定間隔：二維模型中嵌入纖維可以定義纖維之間是否相交，如果不相交，可以定義纖維間的最小距離；三維纖維沒有進行干涉判斷，因此三維纖維是可能存在相交的情況。
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任意鋪層角度UD層合板纖維尺度建模插件（纖維隨機分布)使用
任意鋪層角度UD層合板纖維尺度建模插件（纖維隨機分布)使用 下載鏈接： 任意鋪層角度UD層合板纖維尺度建模插件（纖維隨機分布)_abaqus纖維微觀建模 復合材料層合板-技術鄰
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纖維的實例教程
纖維混凝土 XFEM 案例教學?（含視頻教學+纖維腳本） ￥19.98
1、 引言?
本案例借助擴展有限元法（XFEM），深入探究纖維混凝土在受力狀態下的裂縫擴展特性及力學響應規律。通過構建合理的有限元模型，并運用 XFEM 處理裂縫問題，實現對纖維混凝土復雜力學行為的高精度模擬，最終完成對裂縫擴展過程及力學性能的分析與研究。?
2、 幾何模型與材料參數?
（1） 模型構建?
建立三維實體模型來模擬纖維混凝土試件，混凝土試件尺寸設定為 200×120×1000，單位：mm，實際應用中需依據具體試驗場景和需求設定準確參數）。在建模過程中，充分考慮纖維的隨機分布特性，可采用特定的算法或方法在模型中植入纖維，以更真實地反映纖維混凝土的實際結構。?
（a）混凝土 （b）纖維
（c）墊塊 （d）裂紋
圖1 纖維混凝土部件
（2） 材料屬性?
分別定義混凝土和纖維的材料參數。對于混凝土，需明確其彈性模量、泊松比、抗拉強度、密度、斷裂能等力學參數，以及導熱系數、比熱容等熱物理參數（若涉及熱 - 力耦合分析）。
對于纖維材料，要確定其彈性模量、抗拉強度、密度、直徑和長度等參數。此外，還需定義纖維與混凝土之間的界面屬性，如界面粘結強度、界面摩擦系數等，以準確模擬纖維與混凝土之間的相互作用。?
3、 XFEM 原理應用
基于 XFEM 的基本原理，在模型中引入裂縫單元。XFEM 通過富集函數來描述裂縫附近的位移場，能夠在不重新劃分網格的情況下準確模擬裂縫的萌生、擴展和分叉等復雜過程。對于纖維混凝土，需考慮纖維對裂縫擴展的抑制作用，在 XFEM 的理論框架下，將纖維的增強效果納入模型計算中。?
4、 分析步設置?
（1） 分析類型?
分析類型設定為靜力 - 通用分析步，設定分析時間長度為1 ，同時啟用幾何非線性以考慮結構的大變形效應。
展開 在ANSYS內構建隨機分布的纖維除了采用命令流的方式外，還可以采用AutoCAD模型導入的方法，在這里對CAD生成隨機纖維及導入ANSYS進行詳細介紹。
首先采用CAD隨機三維纖維插件進行纖維及基體材料的幾何模型構建，插件可指定數目、直徑、長度、角度的三維分布的圓柱體纖維，插件嚴格控制纖維之間不發生干涉，同時插件會在CAD內生成與圓柱體纖維相適配的帶有空洞的長方體基體。
設置好參數運行CAD隨機三維纖維插件，生成所需要的三維纖維幾何模型，模型建立完成后，需要另存為.sat文件，以備ANSYS導入。
打開ANSYS Workbench，新建一個分析，在Geometry上右鍵，選擇導入剛才保存的.sat纖維模型文件：
模型是包括圓柱體纖維、帶孔的長方體基體兩部分。纖維及長方體基體均為實體。
生成后就可以進行網格劃分、模擬分析等操作了。
建模所用到的插件：
CAD_隨機三維纖維插件
展開 簡單三維球體細觀模型的課程已更新一年半有余，后臺私信和留言中有不少同學咨詢“怎么添加纖維/有沒有纖維混凝土的模型”，由于之前一直在忙著干其他的事情，最近心血來潮，那么今天就寫了這個帖子，分享自己關于在三維細觀混凝土模型中添加纖維的一些思路和腳本建立方法。
三維隨機纖維-球體骨料細觀混凝土模型——四相（砂漿、骨料、ITZ和纖維）組分的復合混凝土模型組成效果和仿真效果如下。
在前邊的三維隨機球體模型中，投放骨料的思路十分簡單，只需要使用python代碼隨機生成一個球體特征數據，再與已存儲的球體數據進行判斷（判斷球心距與兩球體半徑之和）即可。若球心距大于半徑之和則存儲在骨料數據庫中，進行下一個球體的生成與判斷；若小于，則不存儲，進行下一個球體的生成判斷。最后使用python與abaqus之間的接口，把數據轉化為圖形即可。
把這個思路放到纖維與骨料之間的判斷中來，似乎也能進行相應的判斷。只需要生成隨機的纖維，用纖維端點坐標與骨料球心坐標，計算出球心到直線的距離就可以了，如下圖所示。
使用點到直線的距離公式判斷球體與纖維的相交，這樣看著好像沒啥問題，但其實纖維能在混凝土中分布的區域已經大大縮小了。如下圖所示，當纖維的方向指向骨料時，雖然纖維與骨料并沒有相交，但簡單地使用點到直線的距離公式，會被判斷為相交狀態，這根纖維就將被認為不能放在混凝土中。可能會說，即使這樣纖維仍然還會有很多的區域可以投放，但混凝土中存在著成百上千甚至上萬個的骨料，投放纖維之前遍歷已有骨料的坐標后，再按照這樣局限的方法進行判斷，纖維存在的區域勢必大大降低，生成出來的纖維分布狀態并不樂觀。
展開 模量轉化
眾所周知，復合材料部件的強度主要是纖維增強材料的一個函數，最大的強度是由連續纖維提供的。采用短切纖維而非連續纖維，則顯著降低了最終部件的強度。然而，有證據表明，平行排列或分布的短切纖維的較長段，將使部件擁有接近由連續碳纖維絲束提供的強度。這一現象通過針對縱向與橫向模量的Halpin-Tsai各向同性近似方法而得到了解釋。該方法由美國賴特-帕特森空軍基地（簡稱“WPAFB”）的J.C. Halpin與斯坦福大學結構和復合材料實驗室的榮譽教授Stephen W. Tsai開發。
Halpin-Tsai方程式表明，如果在采用碳纖維的情況下，長徑比（L/D）能夠達到100，即長0.72mm，直徑0.0072mm，那么纖維的機械強度將是：拉伸模量大約21.5GPa，或者是一個層壓材料（由35%重量百分比的碳纖維與PA6聚合物組成）最大理論模量26GPa的83%。
Purcell解釋說，在試驗中，雖然一些纖維長度能保持2mm，但平均長度非常短。“因為我們獲得了一些加工后仍保持2mm長度的纖維，因而表明在技術上是可行的。”他同時強調說，“更重要的且能夠驅動力學性能的是平均纖維長度。一些2mm長的纖維對力學性能似乎沒有貢獻。”
不管怎樣,長徑比大于100時，理論曲線逐漸變平，從而隨著纖維長度的增加，提供的優勢逐漸減少。
因此，理論上預測的纖維轉化（模量轉化），對于纖維長徑比為278的同樣部件，即對于平均2mm的纖維長度而言，大約是24.5GPa，或者是最大理論值26GPa的94%。
展開 摘 要
碳纖維及其復合材料因其優異的拉伸性能和輕質特性而備受關注，但是，自從它們問世以來，碳纖維及其復合材料在壓縮載荷下的較差性能一直是制約其廣泛應用的主要障礙。
在本系列專題文章中，將會從微觀結構和宏觀角度系統地討論造成這一缺陷的原因，并就如何提高碳纖維及其復合材料的壓縮性能提出了建議。在上期文章中首先介紹了碳纖維壓縮強度的常見測試方法，而本文中主要介紹碳纖維微觀結構及壓縮失效破壞。
附錄：碳纖維及其復合材料壓縮性能專題
《專題一：碳纖維壓縮強度的測試方法》
碳纖維的微觀結構
為了開發提高碳纖維壓縮性能的方法，了解碳纖維的加工過程及其最終微觀結構是很重要的。生產碳纖維最常用的前驅體為聚丙烯腈（PAN）纖維，下圖1顯示了PAN纖維向碳纖維轉變過程的微觀結構規律。
碳纖維是通過對PAN纖維進行高度可控的連續熱處理來制備的，典型的熱處理過程包括：預氧化（又叫熱穩定化），低溫碳化和高溫碳化。PAN纖維的熱穩定是在空氣氣氛中進行的，通常PAN纖維在不同溫度下經受200至300°C的熱處理，并根據特定前驅體纖維的加工要求在規定的時間內施加張力。
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創建一種纖維材料，楊氏模量為18000MPa，泊松比為0.1；然后創建一種基體材料，楊氏模量為1800MPa，泊松比為0.35。
3. 在材料設計器中定義微觀結構。選擇隨機單向纖維作為代表性體積元（RVE）。設置纖維體積分數為0.4，纖維直徑為50μm。創建幾何模型（圖1），并使用默認設置生成網格。
4. 創建一個恒定材料，并求解工程常數。工程常數匯總如圖2所示。
我們使用君華為單向帶專門推出的PEEK超細粉末與助劑配制成穩定漿料，通過機械震動展紗使碳纖維束均勻展開，再經浸膠、烘干、預熔、平板定型等多道工序精密成型。
*復合材料損傷 MAT_054 (MAT_ENHANCED_COMPOSITE_DAMAGE)： 針對碳纖維層合板（CFRP），MAT_054利用Chang-Chang失效準則分別判斷基體與纖維的拉壓破壞。由于復合材料的極度脆性，單元失效極易引發應力波的虛假反射。
樹脂轉注成型（Resin Transfer Molding，RTM）是一種先進的復合材料成型制程，通常透過將纖維布含浸樹脂來生產高性能復合材料零件。RTM能夠生產具備高質量、復雜幾何形狀，以及尺寸精度、機械性能良好且一致的零部件。
Moldex3D RTM可以讓使用者在Studio上依照現場纖維布之鋪排來進行立體網格設計，也能從外部前處理軟件如Rhino、Hypermesh等輸入。
插件GUI界面（可輸入基體尺寸，纖維直徑，長度，纖維體積分數，短纖維/連續纖維，設置纖維方向）
一、纖維拓撲形態的定義
為適應不同分析層次的需求，插件將纖維的幾何拓撲與空間取向解耦。通過Fibre Form選項可切換短纖維與連續纖維兩種模式。
該工作圍繞碳纖維/環氧復合材料層合板的低速沖擊行為，系統比較了不同損傷起始準則、損傷演化方法和界面模型的預測能力，旨在確定一種高精度的數值建模組合。
復合材料性能分析
量化碳纖維、陶瓷基等復合材料的孔隙率、纖維分布與界面結合狀態，為材料制備工藝優化與性能驗證提供量化數據。
4. 模具與五金加工領域
復雜模具內部流道檢測
非破壞性檢測注塑模具、壓鑄模具的內部冷卻流道通暢性、孔徑偏差與殘留雜質，避免模具試模失敗與生產效率損耗。
這里毫無疑問表征了纖維縱向的拉伸/壓縮損傷，如下圖。
DAMAGEMT/MC：用戶手冊中描述為：
Matrix tensile/ compressive damage variable.
直接翻譯為基體拉伸/壓縮損傷，喵星人通過實踐認為這是纖維橫向受力的損傷，如果有不同的觀點，也可在評論區討論。
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