搜索ABAQUS復(fù)合材料仿真到底有多強(qiáng)
2016-10-05 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
復(fù)合材料具有制造工藝簡(jiǎn)單、重量輕、比強(qiáng)度高、比剛度大、耐腐蝕等特點(diǎn),因而其在航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域,都有著廣泛的應(yīng)用。復(fù)合材料的大量應(yīng)用對(duì)分析技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。
Abaqus針對(duì)復(fù)合材料的應(yīng)用有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),包括前后處理建模、靜強(qiáng)度分析(包括穩(wěn)定性分析)、熱分析、碰撞分析、失效分析、以及斷裂分析等。
一、 復(fù)合材料固化成型
復(fù)合材料熱固化的過程,可以認(rèn)為是復(fù)合材料預(yù)浸料經(jīng)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(gè)小時(shí),繼續(xù)升溫到195℃,保持2個(gè)小時(shí),然后降溫到70℃以下。整個(gè)過程可以采用熱固耦合分析,由于基體材料和纖維增強(qiáng)材料的熱膨脹系數(shù)不一樣,一系列的溫度變化導(dǎo)致熱應(yīng)力產(chǎn)生,致使結(jié)構(gòu)發(fā)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)在熱固化后結(jié)構(gòu)發(fā)生變形。
二、 復(fù)合材料后屈曲行為模擬
許多情況下復(fù)合材料層合板的屈曲以及后屈曲行為是要重點(diǎn)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(fù)合材料的失效準(zhǔn)則和損傷模型
Abaqus中的復(fù)合材料失效準(zhǔn)則主要有:
ü MSTRS 最大應(yīng)力理論失效準(zhǔn)則
ü TSAIH Tsai-Hill理論失效準(zhǔn)則
ü TSAIW Tsai-Wu理論失效準(zhǔn)則
ü AZZIT Azzi-Tsai-Hill理論失效準(zhǔn)則
ü MSTRIN 最大應(yīng)變理論失效準(zhǔn)則
四、 Abaqus中復(fù)合材料分層破壞的模擬
復(fù)合材料的分層破壞是很嚴(yán)重的失效形式。如何有效的模擬復(fù)合材料的分層破壞,是很重要的問題。Abaqus中復(fù)合材料分層破壞的模擬有兩種方式:VCCT(虛擬裂紋閉合技術(shù))和Cohesive技術(shù)。
虛擬裂紋閉合技術(shù)(VCCT)
VCCT基于線彈性斷裂力學(xué)的概念,通過計(jì)算不同形式裂紋尖端的能力釋放率,與復(fù)合材料層間開裂的臨界能量釋放率相比較。
VCCT與Abaqus現(xiàn)有的單元、材料以及求解功能兼容;與網(wǎng)格無關(guān)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(jié)構(gòu)的承載極限以及類似的典型航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的失效模式。
Cohesive技術(shù)
在Abaqus中,采用cohesive單元技術(shù)或基于cohesive的接觸技術(shù)來模擬復(fù)合材料的分層破壞以及膠結(jié)接頭的連接。
開始分離 分離后
采用Abaqus/Standard模擬具有加強(qiáng)筋的蒙皮開裂。
五、 Z-pin增強(qiáng)復(fù)合材料的模擬
在Abaqus中,使用VCCT和cohesive單元來模擬Z-pin增強(qiáng)復(fù)合材料。復(fù)合材料開裂使用VCCT技術(shù),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(fù)合材料的前后處理模塊、實(shí)體殼單元、Hashin’s損傷模型、編制復(fù)合材以及VCCT開裂準(zhǔn)則都是其他有限元軟件所不具有的獨(dú)特強(qiáng)大功能。
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