Abaqus中復(fù)合材料的分析方法

2017-12-14 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

復(fù)合材料不是簡單的把幾種材料混合到一塊。它具有一些普通材料不具有的特點,對濕熱環(huán)境、沖擊、電化學(xué)腐蝕、雷電和電磁屏蔽等環(huán)境具有與普通材料不同的特性。

復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式:有層合板、夾層結(jié)構(gòu)、微觀模型、編織預(yù)成型件等。

復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和材料具有同一性,其結(jié)構(gòu)成型的同時,才能確定其材料分布。其性能與制造工藝密切相關(guān),但制造工藝復(fù)雜。由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的各層之間的材料特性不同,導(dǎo)致其在承受復(fù)雜載荷作用下失效形式和失效準(zhǔn)則的多樣性。

在abaqus中復(fù)合材料的分析方法:

一、建模

其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了其建模方法,可以使用基于連續(xù)體的殼單元和常規(guī)殼單元。復(fù)合材料應(yīng)用較為廣泛,但復(fù)合材料進(jìn)行建模是一個難點,復(fù)雜結(jié)構(gòu)光鋪層就需1個月之久

二、材料

使用(層材料)lamina類型建立材料參數(shù)。以賦予工程參數(shù)的形式賦予材料參數(shù),也可使用SUBOPTION賦予材料強(qiáng)度數(shù)據(jù)。該類材料只使用平面應(yīng)力問題。

對于層合板結(jié)構(gòu)形式,Abaqus可采用2種方法定義層合板:復(fù)合材料截面定義、復(fù)合材料疊層定義

復(fù)合材料截面定義使用于每個區(qū)域的層特性是一樣的情況。這樣只需建立shell-composite即可,把截面屬性賦予二維(mesh中定義常規(guī)殼單元)或賦予三維(三維的尺寸要和shell中賦予的厚度保持一致。mesh中定義基于連續(xù)體的殼單元)

復(fù)合材料疊層定義使用composite-layup manager來定義,主要用于一個模型不同區(qū)域使用不同的層來構(gòu)造。所以定義前要先分割區(qū)域,把不同的疊層分配給不同的區(qū)域。它可以定義基于連續(xù)體的殼單元和常規(guī)殼單元或?qū)嶓w單元的屬性。

常規(guī)殼單元定義各個層的厚度賦予二維模型。基于連續(xù)體的殼單元或?qū)嶓w單元要賦予三維模型(并且厚度是相對于單元長度的系數(shù),故其厚度方向劃分一層單元即可)。

提示:

疊層參考坐標(biāo)系的定義(Lay up方向)和各個疊層的坐標(biāo)系的定義(ply方向)。定義正確的鋪層角、鋪層厚度、鋪層順序。ABAQUS不能分析單個鋪層法線變化超過90度的情況,這時需要定義多個多個鋪層。可隨意定義坐標(biāo)系,在選擇后可以定義繞軸的旋轉(zhuǎn)角度來得到正確的坐標(biāo)系。

經(jīng)典實例:

模型描述:簡支夾層結(jié)構(gòu)的四分之一模型,復(fù)合材料平板。平板均勻加載法向正壓力。總共分成三層:兩層堅硬蒙皮,一層軟質(zhì)芯層

材料常數(shù)如下:Face sheets: E1 = 1.0 × 107 psi, E2 = 4.0 × 106 psi, R12 = 0.3, and G12 = G13 = G23 = 1.875 × 106 psi。Core: E1 = 10.0 psi, E2 = 10.0 psi,r12 = 0, and G12 = G13 = G23 = 1.875 × 106 psi

可用的建模方式如下:

1、傳統(tǒng)殼單元模型:36 S4R elements 49 nodes

2、連續(xù)殼單元模型:36 SC8R elements 98 nodes

3、純連續(xù)殼單元模型:108 SC8R elements 196 nodes

4、連續(xù)殼單元及傳統(tǒng)單元模型混合模型108 elements(72個S4R+36個SC8R) ,98 nodes

第四種方法在abaqus中效果圖如下: