Abaqus复合材料

1Copyright2008SIMULIA,Inc.模拟复合材料的真实性能Abaqus北京代表处2008年7月Copyright2008SIMILIA,Inc.概述•复合材料被许多工业领域广泛的使用复合材料被许多工业领域广泛的使用复合材料被许多工业领域广泛的使用复合材料被许多工业领域广泛的使用航空卫星火箭F1潜艇2Copyright2008SIMILIA,Inc.概述•复合材料的增强形式有很多种复合材料的增强形式有很多种复合材料的增强形式有很多种复合材料的增强形式有很多种：：：：•颗粒增强•随机分布短纤维•单向纤维•平面编织•三维编织Copyright2008SIMILIA,Inc.概述•复合材料具有很多的优点复合材料具有很多的优点复合材料具有很多的优点复合材料具有很多的优点：：：：•制造工艺简单•比强度高，比刚度大•具有灵活的可设计性•耐腐蚀，对疲劳不敏感•热稳定性、高温性能好3Copyright2008SIMILIA,Inc.Abaqus中复合材料的建模技术•根据分析目的的不同根据分析目的的不同根据分析目的的不同根据分析目的的不同，，，，复合材料的建模方式有复合材料的建模方式有复合材料的建模方式有复合材料的建模方式有：：：：•分层的壳单元•分层的实体单元•实体壳单元•高级的复合材料建模技术包括高级的复合材料建模技术包括高级的复合材料建模技术包括高级的复合材料建模技术包括：：：：•Rebar单元•嵌入单元Copyright2008SIMILIA,Inc.分层的壳单元•单元单元单元单元–S4,S3R•属性定义属性定义属性定义属性定义–*SHELLSECTION,COMPOSITE•材料定义材料定义材料定义材料定义–*ELASTIC,TYPE=ISOTROPIC,TYPE=LAMINAShellMeshShellMeshShellMeshShellMesh4Copyright2008SIMILIA,Inc.分层的实体单元•可以在六面体单元的任意方向定义任意数量的分层—分层的实体单元计算横向剪切应力的精度不如厚壳单元•单元单元单元单元–C3D8I,C3D6•属性定义属性定义属性定义属性定义–*SOLIDSECTION,COMPOSITE•材料定义材料定义材料定义材料定义–*ELASTIC,TYPE=ISOTROPIC,TYPE=ORTHOTROPIC,TYPE=ANISOTROPICSolidMeshSolidMeshSolidMeshSolidMeshCopyright2008SIMILIA,Inc.实体壳单元•实体壳单元是三维应力/位移单元，它的响应同壳类似，但是具有实体的拓扑•单元单元单元单元–SC6R，SC8R•属性定义属性定义属性定义属性定义–*SHELLSECTION,COMPOSITE，STACKINGDIRECTION={1|2|3|orientation}•材料定义材料定义材料定义材料定义–*ELASTIC,TYPE=ISOTROPIC,TYPE=LAMINA5Copyright2008SIMILIA,Inc.实体壳单元•优势优势优势优势：：：：实体壳单元可以：•厚壳和薄壳的应用•线形和非线性行为（大变形和弹-塑性材料响应）•厚度的锥形变化/厚度的逐渐减少•利用三维单元划分网格的几何体得到的单元•考虑双面接触•可以更加精确的模拟复合材料层合结构厚度方向的响应•单元可以具有较高的纵横比（面内尺寸和厚度的比值）Copyright2008SIMILIA,Inc.高级的复合材料建模技术—Rebar单元•利用利用利用利用Rebar模拟复合材料模拟复合材料模拟复合材料模拟复合材料•钢筋混凝土、橡胶轮胎等•假设母体和增强结构是完全绑定的•*REBARLAYER•用于模拟壳、薄膜和表面单元中单轴增强结构6Copyright2008SIMILIA,Inc.Rebar单元•使用方法使用方法使用方法使用方法：：：：*SHELLSECTION,ELSET=...*REBARLAYER,ORIENTATION=ORI1name,a,s,f,mat,alpha,1*SHELLSECTION,ELSET=...*REBARLAYER,ORIENTATION=ORI1name,a,s,f,mat,alpha,1asalphafmatnameCopyright2008SIMILIA,Inc.嵌入单元•Rebar加强的膜单元和表面单元可以以任意方式嵌入到实体单元中来模拟复合材料嵌入的膜单元rebar实体单元7Copyright2008SIMILIA,Inc.Abaqus复合材料主要功能•Abaqus/CAE复合材料的定义以及后处理功能复合材料的定义以及后处理功能复合材料的定义以及后处理功能复合材料的定义以及后处理功能•CATIACPD的接口的接口的接口的接口•高级复合材料模拟技术高级复合材料模拟技术高级复合材料模拟技术高级复合材料模拟技术Copyright2008SIMILIA,Inc.复合材料定义的界面—CompositeLayup1238Copyright2008SIMILIA,Inc.复合材料定义的界面—CompositeLayupCopyright2008SIMILIA,Inc.复合材料的后处理功能9Copyright2008SIMILIA,Inc.复合材料的后处理功能•可以显示复合材料厚度方向上变量可以显示复合材料厚度方向上变量可以显示复合材料厚度方向上变量可以显示复合材料厚度方向上变量的变化曲线的变化曲线的变化曲线的变化曲线Copyright2008SIMILIA,Inc.CATIACPD接口•Simulayt可以作为可以作为可以作为可以作为Abaqus/CAE的中模块的中模块的中模块的中模块，，，，将将将将CATIACPD中设计的复合中设计的复合中设计的复合中设计的复合材料模型以及铺层导入材料模型以及铺层导入材料模型以及铺层导入材料模型以及铺层导入10Copyright2008SIMILIA,Inc.AdvancedSimulationCapabilities•ManufacturingandDrapingAnalysis•Ballisticimpactonunidirectionalcomposite•BarelyVisibleImpactDamage(BVID)•Wovenfabriccompositebeamcrush•Compositeplatepost-bucklingbehavior•Skin-stringerdebondingusingVCCT•Delaminationusingcohesiveelements•Z-pinnedcompositefailureCopyright2008SIMILIA,Inc.DebondingusingVCCT:AnalysisofCompositeSkin-StringerBondedJoint•VCCTcanbeappliedtodeterminetheglobalstrengthandfailuremodefortypicalaerospacecompositestructureslikethisskin/stringerpanelCourtesyBoeing11Copyright2008SIMILIA,Inc.AbaqusVCCTCapabilityDevelopedbyBoeingforFractureAnalysisofCompositeAerospaceStructures•TheVCCT-for-AbaqustechnologywasdevelopedbyBoeingCommercialAircraftGroupaspartoftheCompositeAffordabilityInitiative(CAI)•AbaquswasselectedbyBoeingtocommercializethiscapabilityCopyright2008SIMILIA,Inc.VirtualCrackClosureTechnique(VCCT)•VCCT•Hasbeenusedmanuallyintheaerospaceindustryformanyyears•BasedonLinearElasticFractureMechanics(LEFM)concepts•Basedoncomputingtheenergyreleaseratesfornormalandshearcrack-tipdeformationmodes•CompareenergyreleaseratestointerlaminarfracturetoughnessFracturemechanicsinterfaceelementscontrolgrowthofdelaminationintonewmaterialInterfaceElementslocatedalongplaneofdelaminationInterfaceelementslocatedalongplaneofdelaminationFracturemechanicsinterfaceelementscontrolgrowthofdelaminationintonewmaterial12Copyright2008SIMILIA,Inc.VCCT-for-AbaqusUsageandKeywordsAbaqusapproachissurfacebased•Extensionof∗∗∗∗DEBOND•Automatic(inherent)modelingofpostfailurecontact*CONTACTPAIR,INTERACTION=FRACTURE,ADJUST=NsetbondSlave--SlavesurfacenameMaster--Mastersurfacename*SURFACEINTERACTION,NAME=FRACTURE,UCRACK,DEPVAR=12,PROPERTIES=16,G_IC,G_IIC,G_IIIC,mixType,m,n,ow,DelaminationplanepavedwithsurfacebasedcontactpairCopyright2008SIMILIA,Inc.SurfaceInteractionPropertiesDefineFractureMechanics•Properties(givenondataline)G_ICG_IIC=Fracturetoughness,modesI,II,andIIIG_IIIC=1forB-K(2Dshown):mixType=2forPowerlaw:eta=CoefficientforB-Klawm,n,o=Exponentsformodemixityformulaw=Out-of-planewidthfor2DanalysisoIIICIIInIICIImICIGGGGGG++()mIIIIICICIICICGGGGGG+−+13Copyright2008SIMILIA,Inc.Skin-StringerFEAModelDisplacementimposedatcornernodesContactsurfacesdefinedforregionoffractureCopyright2008SIMILIA,Inc.ToSimulatetheTest,CenterRegionofNodesAreInitiallyDebondedInitiallybondednodesInitiallydebondednodesCracktip14Copyright2008SIMILIA,Inc.AnimationofDeformedShapefromAnalysisCopyright2008SIMILIA,Inc.AnimationofDebondPropagation15Copyright2