复合材料的建模

复合材料的建模 周申光 1 2 复合材料建模的三种常用模型 1 微观模型 把基体和增强材料都作为连续的可变性体进行独立建模 通常在仿真中用到较少 2 宏观模型 把复合材料当成单个的正交各相异性材料或者完全当成各向异性材料 3 混合模型 把复合材料等效成几部分 从宏观上建增强层 这种建模方式在仿真中应用最多 2 2020 4 24 宏观建模的介绍 1 对复合材料进行宏观建模时要把复合材料当成单一的正交各向异性材料或者当作各向异性材料 2 复合材料通常被认为是弹性的 3 各向异性塑性模型通常用来仿真复合材料的非弹性变形 4 它的形变场是均匀的 5 宏观建模是用来模拟复合材料的整体行为以此建模时材料的非线性以及局部失效都不被考虑进去 6 宏观建模时通常用于研究结构失效 屈服 不考虑材料失效 分层 脱粘 7 宏观模型计算量较小 相对来说比较简单 适用于分析较简单的问题 3 2020 4 24 混合模型 在混合建模时可以把复合材料分成若干层每一层的材料属性都为各向异性 也可以把复合材料建成连续的几层 复合材料在混合建模时又可以选择不同的单元如 层和壳单元 连续壳单元 连续薄壳网格单元以及连续实体单元 在仿真时应了解每种单元的优缺点根据实际问题选择最佳方案 以求仿真结果的准确性 1 连续壳单元 连续壳单元适用于较薄的结构 在线弹性范围内和非线弹性范围内均可适用 它的分析结果比传统壳单元更加准确 4 2020 4 24 被建模的物体 传统壳单元 连续壳单元 位移和角度方向都不受约束 仅位移方向不受约束 5 2020 4 24 在abaqus中连续壳单元的拓扑结构包括两种 面1 面2 面3 面4 面5 面1 面2 面3 面4 面5 面6 SC6R SC8R 六节点三角形单元和八节点六面体单元它们在堆积 厚度 方向的运动响应有所不同 再用SC8R时它的堆积方向有限元软件容易混淆 所以要定义清楚 6 2020 4 24 而对SC6R单元它的每一个面都可以当成底面 应用连续壳单元时的局限性 1 建模时若采用连续壳单元则不能用于分析超弹性材料 2 在分析同一个问题时连续壳单元和传统壳单元相比增量步会明显增加 对于很薄的壳 在计算分析时很难达到收敛 2 连续实体单元 1 复合材料用实体单元仿真时仅限于用立体的六面体单元 这种单元只有位移上的自由度 2 连续实体单元大都用于简单的复合材料建模或者作为辅助单元和连续壳单元一起应用于复合材料的建模 3 但在下列情况时必须要采用连续实体单元建模 横向剪切应力占主导作用时 不能忽略正应力时以及需要精确的层间应力时 7 2020 4 24 在定义复合材料的属性时有三个方向需要注意 1 Layuporientation 2 Plyorientation 3 Additionalrotation 8 2020 4 24 独立的网格部件可以利用节点偏移生成一层或者几层实体单元 实体单元衍生的方向是沿着部件的法线方向 对实体部件进行优化并将其转变成薄壳 画网格并将其变成网格部件 利用节点偏移产生实体单元 给网格赋属性 9 2020 4 24 利用独立网格部件建模 10 2020 4 24 11 2020 4 24 连续壳单元建模实例 12 2020 4 24 13 2020 4 24 实验数据的整理和分析 14 2020 4 24 注 表格中红色数据为异常数据 15 202