ABAQUS復合材料仿真到底有多強

2016-10-05  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

復合材料具有制造工藝簡單、重量輕、比強度高、比剛度大、耐腐蝕等特點,因而其在航空航天、汽車、船舶等領域,都有著廣泛的應用。復合材料的大量應用對分析技術提出新的挑戰。

    Abaqus針對復合材料的應用有許多獨特的優勢,包括前后處理建模、靜強度分析(包括穩定性分析)、熱分析、碰撞分析、失效分析、以及斷裂分析等。

一、 復合材料固化成型

    復合材料熱固化的過程,可以認為是復合材料預浸料經歷一系列溫度變化的熱固耦合過程。典型的溫度變化過程為:由室溫升溫30分鐘到185℃,保持1個小時,繼續升溫到195℃,保持2個小時,然后降溫到70℃以下。整個過程可以采用熱固耦合分析,由于基體材料和纖維增強材料的熱膨脹系數不一樣,一系列的溫度變化導致熱應力產生,致使結構發生翹曲變形。

   下圖表示的是采用Abaqus中的熱固耦合功能分析某復合材料結構在熱固化后結構發生變形。

二、 復合材料后屈曲行為模擬

     許多情況下復合材料層合板的屈曲以及后屈曲行為是要重點考慮的。Abaqus/Standard中Buckling和Riks分析步能夠很好的模擬屈曲行為。

三、 Abaqus中復合材料的失效準則和損傷模型

Abaqus中的復合材料失效準則主要有:

  ü  MSTRS    最大應力理論失效準則

  ü  TSAIH Tsai-Hill理論失效準則

  ü  TSAIW Tsai-Wu理論失效準則

  ü  AZZIT  Azzi-Tsai-Hill理論失效準則

  ü  MSTRIN   最大應變理論失效準則

四、 Abaqus中復合材料分層破壞的模擬

復合材料的分層破壞是很嚴重的失效形式。如何有效的模擬復合材料的分層破壞,是很重要的問題。Abaqus中復合材料分層破壞的模擬有兩種方式:VCCT(虛擬裂紋閉合技術)和Cohesive技術。

虛擬裂紋閉合技術(VCCT)

VCCT基于線彈性斷裂力學的概念,通過計算不同形式裂紋尖端的能力釋放率,與復合材料層間開裂的臨界能量釋放率相比較。

VCCT與Abaqus現有的單元、材料以及求解功能兼容;與網格無關的裂紋定義;只需要定義裂紋界面,無需定義裂紋開裂方向。

VCCT可以用來確定結構的承載極限以及類似的典型航空復合材料結構的失效模式。

Cohesive技術

   在Abaqus中,采用cohesive單元技術或基于cohesive的接觸技術來模擬復合材料的分層破壞以及膠結接頭的連接。

開始分離   分離后

采用Abaqus/Standard模擬具有加強筋的蒙皮開裂。

五、 Z-pin增強復合材料的模擬

   在Abaqus中,使用VCCT和cohesive單元來模擬Z-pin增強復合材料。復合材料開裂使用VCCT技術,而Z-pin的影響使用cohesive單元模擬。

綜上所述,Abaqus中除了一般有限元軟件都具有的分析功能外,方便快捷定義復合材料的前后處理模塊、實體殼單元、Hashin’s損傷模型、編制復合材以及VCCT開裂準則都是其他有限元軟件所不具有的獨特強大功能。

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