深度解析：ABAQUS复合材料仿真的强大实力

复合材料具有制造工艺简单、重量轻、比强度高、比刚度大、耐腐蚀等特点，因而其在航空航天、汽车、船舶等领域，都有着广泛的应用。复合材料的大量应用对分析技术提出新的挑战。

Abaqus针对复合材料的应用有许多独特的优势，包括前后处理建模、静强度分析（包括稳定性分析）、热分析、碰撞分析、失效分析、以及断裂分析等。

一、    复合材料固化成型

复合材料热固化的过程，可以认为是复合材料预浸料经历一系列温度变化的热固耦合过程。典型的温度变化过程为：由室温升温30分钟到185℃，保持1个小时，继续升温到195℃，保持2个小时，然后降温到70℃以下。整个过程可以采用热固耦合分析，由于基体材料和纤维增强材料的热膨胀系数不一样，一系列的温度变化导致热应力产生，致使结构发生翘曲变形。

下图表示的是采用Abaqus中的热固耦合功能分析某复合材料结构在热固化后结构发生变形。

二、    复合材料后屈曲行为模拟

许多情况下复合材料层合板的屈曲以及后屈曲行为是要重点考虑的。Abaqus/Standard中Buckling和Riks分析步能够很好的模拟屈曲行为。

三、 Abaqus中复合材料的失效准则和损伤模型

Abaqus中的复合材料失效准则主要有：

 ü  MSTRS    最大应力理论失效准则

 ü  TSAIH    Tsai-Hill理论失效准则

 ü  TSAIW    Tsai-Wu理论失效准则

 ü  AZZIT     Azzi-Tsai-Hill理论失效准则

 ü  MSTRIN   最大应变理论失效准则

四、    Abaqus中复合材料分层破坏的模拟

复合材料的分层破坏是很严重的失效形式。如何有效的模拟复合材料的分层破坏，是很重要的问题。Abaqus中复合材料分层破坏的模拟有两种方式：VCCT（虚拟裂纹闭合技术）和Cohesive技术。

虚拟裂纹闭合技术（VCCT）

VCCT基于线弹性断裂力学的概念，通过计算不同形式裂纹尖端的能力释放率，与复合材料层间开裂的临界能量释放率相比较。

VCCT与Abaqus现有的单元、材料以及求解功能兼容；与网格无关的裂纹定义；只需要定义裂纹界面，无需定义裂纹开裂方向。

VCCT可以用来确定结构的承载极限以及类似的典型航空复合材料结构的失效模式。

Cohesive技术

在Abaqus中，采用cohesive单元技术或基于cohesive的接触技术来模拟复合材料的分层破坏以及胶结接头的连接。

开始分离                                  分离后

采用Abaqus/Standard模拟具有加强筋的蒙皮开裂。

五、    Z-pin增强复合材料的模拟

在Abaqus中，使用VCCT和cohesive单元来模拟Z-pin增强复合材料。复合材料开裂使用VCCT技术，而Z-pin的影响使用cohesive单元模拟。

 综上所述，Abaqus中除了一般有限元软件都具有的分析功能外，方便快捷定义复合材料的前后处理模块、实体壳单元、Hashin’s损伤模型、编制复合材以及VCCT开裂准则都是其他有限元软件所不具有的独特强大功能。

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