Abaqus中复合材料的分析方法介绍

复合材料因其优越的性能已广泛应用于各行业。与普通材料相比，复合材料展现出独特的性质，它们在潮湿、高温、冲击、电化学腐蚀、雷电和电磁屏蔽等环境条件下具有与众不同的性能。复合材料的结构形式多样，包括层合板、夹层结构、微结构模型以及编织预成型件等。复合材料不仅结构与材料的设计紧密相关，在成形过程中决定了材料的分布，同时其性能指标与制造工艺密不可分。

在ABAQUS中，复合材料的分析需要根据其不同的结构形式灵活选择建模方法，并需准确加载材料属性以实现合理的仿真结果。本文旨在详述基于ABAQUS的复合材料建模与材料参数设定，及选择不同分析模型时的考虑因素。

建模方法

复合材料建模首先需要考虑其结构形式。对于具有统一层特性的层合结构，可采用ABAQUS提供的“复合材料截面”定义法。该方法仅需在建模时指定层合材料在二维平面上的表征属性，如需三维分析则需确保层厚与壳单元厚度一致。对于复杂结构或者使用不同层材料以适应不同区域需求的模型，应采用“复合材料叠层”定义。这种定义法允许用户明确分配不同层的属性，支持壳单元、常规壳单元以及实体单元的选择，其中考虑到叠层的铺设角度、厚度、顺序等关键参数。

材料参数设定

复合材料的建模中，首次以（层材料）Lamina类型建立材料参数执行关键构建步骤。用户可以通过直接赋予材料工程参数或通过SUBOPTION设定材料的强度数据。请注意，采用这类材料属性时，仅适用于平面应力解决方案。




对于层合板的建模，ABAQUS提供两种方式：通过复合材料截面定义实现简单而统一的层合结构模拟，或是初始化堆叠各层的属性以支持多区域、多样化材料布局的复合结构。在使用ABAQUS进行分析之前，材料参数如弹性模量、剪切模量等需被准确确定。

经典实例分析

以一个简支夹层结构为例，象征性的四分之一模型描述了一个复合材料平板，该平板在法向上承受均匀载荷。模型包含三层材料：两层坚硬的蒙皮材料及一层具有较低弹性的芯层材料。为该模型实现具体的性能评估，需要详细设定蒙皮和芯层的材料常数。例如，蒙皮材料的模量（E1 = 1.0 × 10^7 psi, E2 = 4.0 × 10^6 psi）和粘弹性参数（R12 = 0.3, G12 = G13 = G23 = 1.875 × 10^6 psi）需与芯层材料参数（E1 = 10.0 psi, E2 = 10.0 psi, r12 = 0）相匹配。

武汉格发信息技术有限公司，格发许可优化管理系统可以帮你评估贵公司软件许可的真实需求，再低成本合规性管理软件许可,帮助贵司提高软件投资回报率，为软件采购、使用提供科学决策依据。支持的软件有: CAD,CAE,PDM,PLM,Catia,Ugnx, AutoCAD, Pro/E, Solidworks ,Hyperworks, Protel,CAXA,OpenWorks LandMark,MATLAB,Enovia,Winchill,TeamCenter,MathCAD,Ansys, Abaqus,ls-dyna, Fluent, MSC,Bentley,License,UG,ug,catia,Dassault Systèmes,AutoDesk,Altair,autocad,PTC,SolidWorks,Ansys,Siemens PLM Software,Paradigm,Mathworks,Borland,AVEVA,ESRI,hP,Solibri,Progman,Leica,Cadence,IBM,SIMULIA,Citrix,Sybase,Schlumberger,MSC Products...