Abaqus针对复合材料的优势

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详细介绍了Abaqus针对复合材料的优势,在复合材料分析中的特点
+15 15 2)编织复合材料--挤压分析 Woven fabric composite beam -Crushing analysis 3)蜂窝夹心复合材料-不可见冲击损伤分析 1.53in, thick Coee: Hexcel HRP M61203 Geometry of test specimens, Demensions are in inches Honeycomb core composite- Barely visible damage analysis 基体和纤维的存在形式以及材料属性对于复合材料的力学行为有 着很大的影响。改变纤维和基体的属性目的就是在于生成一种复合材料 具有如下性质: 1)低成本:原型,大规模生产,霁件合并,维修,技术成熟。 2)期望的重量:轻重量,比重分配合理。 3)改进的强度和刚度:高强度高刚度比。 4)改进的表面属性:良好的耐腐蚀性,表面抛光性好。 5)期望的热属性:较低的热传导性,热膨胀系数较低。 6)独特的电属性∶具有较高的绝缘强度,无磁性。 7)空间适应性:大部件,特殊的几何构型。 414复合材料的有限元模拟 根据不同的分析目的,可以采用不同的复合材料模拟技术 1)微观模拟:烀纤维和基体都分别模拟为可变形连续体。 2)宏观模拟:烀复合材料模拟为一个正交各向异性体或是完全各向 异性体。 3)混合模拟:烀复合材料模拟为一系列离散、可见的纤维层合板。 4)离散纤维模拟:采用离散单元或是其它模拟工具进行模拟。 5)子模型模拟:对于研究加强纤维周围点的应力集中问题比较有 效。 微观模拟:纤维-基体的单胞模拟 .14 混合模拟:层合板的混合模拟 Abaqus中复合材料的单元技术 Abaqus中复合材料的单元技术主要为三种:分层壳单元、分层实体 单元以及实体壳单元。 分层壳单元 单元类型:S4,S3R 复合材料截面属性的定义:* SHELL SECT|ON, COMPOS|TE 复合材料定义:各向同性、正交各项同性、层合板、工程常数以及 各向异性等。 特点:可以准确地考虑横向剪切应力 实体单元 单元类型:C3D8,C3D6 复合材料截面属性的定义:*SOL| D SECT|ON, COMPOS|TE 复合材料定义:各向同性、正交各项同性、工程常数以及各向异性等。 特点:可以用实体单元来模拟考虑厚度方向的复合材料分析 口实体壳单元 单元类型:SC6R,SC8R; 复合材料截面属性的定义:* SHELL SECTION COMPOSITE STACKING DIRECTION 复合材料定义:各向同性、正交各项同性、层合 板、工程常数以及各向异性等。 特点:实体壳单元建模采用实体模型,但响应类似于壳单元,可以更加 精确的模拟复合材料层合结构厚度方向的响应。 损伤失效模拟 Abaqus可以对复合材料的纤维和基体的材料以及接触界面进行渐 进损伤和失效分析。渐进损伤和失效对于纤维和基体的失效模式预测: 1)Hashin Criteria 2 )UMAT (Abaqus/Standard) 3VUMAT (Abaqus/Explicit) 胶结层合板发生分层失效 1)Virtual Crack Closure Technique(VCCT 2)Cohesive Elements 3)Cohesive Contacto 42 Abaqus/CAE中复合材料的建模技术 在 Abaqus/CAE中,有专门的复合材料设计模块pyup。应用该模块 可以对复合材料进行铺层设计。对于每一个铺层,可以选择铺层应用的 区域、使用的材料、铺层的铺设角度、厚度等。对于铺层较多的结构件 Abaqus/CAE提供了很方便的检查手段,可以显示铺层沿厚度方向捋每 层分离展示,一目了然,这也是数字化设计的一大优点。 offset Shel Paraneters Dsplay Ply Name Region Material Thickness CSYS Ra-2 GAs-EporY 10 b2 GM-Epory R2C5.390 12w即2a02n3 两则2ax0213 7. 89 Rb-2 Gass-Epery 021R2319 1s斯贴:as6r02cs3 Orient=Rib c5Y5, Glass-Epoxy. ply.82 16]v P91 Rb3 Cms demy 0z).345 Orient=Rib1-CSYS,Glass-Epoxy ly. 81 1斯奖3 Gess-Epoay o2cm书 19:am ply. 80 021Rb3c53 Ply 79 20/ P% Rb3 sepoy 02 b3csYs 345 21/v R-9 RM4 @sss-Epory 0.2 Rb+<sYs.345 ts0drientaRib1-csYS, Glass-Epoxy.. t=0 Orient=Rib1-CSYS, Glass-Epoxy Ply.77 2ˇ附94ase0245n3书 Orient= Rib1-CSYS, Glass-Epoxy 29asar0214<s3 Py.76 刭√ nAC Oriente Rib1-CSYS, Glass-Epoxy 021R4c5.3 √取w5awwy0216c3 Orient= RibI-CSYS, Glass-Epoxy Layup: "ribs_ and_ spars_layup Plot of plies 1 to8.of日. 1R5as6021c3 s denotes the ply uses distribution or orientation 习√1B5awsr025<n3 3y15as602 p25c5.3 习0B5asm02 DO5-CSTS.3 34√15as6r0215c3 asy PA Forwardsipa Gess-tpery02 后处理模块中,可以显示每一个铺层厚度方向上的应力、位移、损 伤云图,也可以显示复合材料厚度方向上变量的变化曲线。 oDe: w Fly rest baur CHoeten C He ac bottom PAF:i:1=23 0.400 040x00-0200100000a000d0d5 Ell strain at element centroid 复合材料建模模块(CMA) 通常情况下,在进行仿真分析中,复合材料铺层都是按照理想设计 进行分析的。而在复合材料实际的加工制造过程中,纤维铺层不可避免 地会发生折叠、交错,因此纤维的方向以及铺层的厚度都会发生变化。 如果再按照理想设计的复合材料铺层去进行分析计算,就得不到真实结 构的力学性能。 Composite Modeler for abaqus/CAE(CMA)确保在建模初始 阶段就能考虑铺层的的工艺性能,确保复合材料铺层在工艺上的可行 性。这样避免了日后在研发周期上由于重新设计而增加的成本。此模块 还可以生成制造数据以确保最终的霁件与分析模型相符。 CMA补充和扩展了 Abaqus/CAE强大的复合材料仿真能力,并与 Abaqus/CAE完美的融合在了一起。此外,凭借其与其他环节的值接融 合能力,实现了整个企业设计与制造的紧密联系。 色怎 的域阔 ◆◆◆◆◆ d eos sMt1 strd taferwnmn angie::as 目前,由CMA得到的空间中不断变化的纤维方向和铺层厚度可直接提供 给非线性隐式算法和显式求解器,实现真实地仿真计算。因而在每个单 元产生铺层角度,真实反应了仿真和实际纤维结构,这些功能确保计算 中可达到前所未有的真实性。 如下图所示,对于弯曲的几何结构,当某些单向带/织物存在覆盖情况 时需要考虑局部的纤维方向,计划的坐标系统可能无法正确地者虑夸曲 几何结构。要确保提议的将要制造的铺层具有实际可生产性(平坦模式 预测 'Poperty foBs 抛地w!ex 口e ale Mode! pwtt 血 bearer 命马 wnge El 气 Wev Lay 心a0m小0BBm/099是所 另外,CMA使复合材料结构的分析、设计和制造完美的结合在一起。 使用CMA,可以捋 Abaqus/CAE创建的模型可以值接倒入到 CATIA V5 中进行细节设计,也以以将 CATIA CPD中设计的复合材料模型以及铺层 导入到 Abaqus/CAE中。通过精确的模型转换,可快速实现设计上的反 复,从而提高整个研制过程的效率。

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