Abaqus复合材料织物层板压溃模拟

本案例为Abaqus复合材料织物波纹板压溃的案例。

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波纹板压溃效果图

1几何模型

几何形式为一段近似波纹板的结构，其草图如下：

拉伸50mm后形成几何实体，为了快速诱导压溃的产生，波纹板的顶部设置45°倒斜角，如下图所示。

层压板由织物组成，共8层，铺层顺序为[0/90]2s，板厚约2mm，逐层将几何进行切分，共切分出8层，如下图所示。

2材料模型

该分析模型中的材料模型采用Abaqus内嵌的织物的VUMAT，该程序为内嵌程序，看不到源代码，但是我们可以直接填写材料参数，调用其本构就可以，电脑上也无需配置子程序。

面内织物及层间COHESIVE 的材料参数如下所示。

需要注意的是，调用该VUMAT子程序时，材料命名必须以“ABQ_PLY_FABRIC_”开头，且材料参数需要严格按照以下规则来定义：

inp中的材料格式如下：

inp文件中每行只能有8个数据，不够的补0即可。

为了在inp中实现上述格式，CAE中就需要特别注意预留空数据位置，按照以下顺序来定义可保证无误：

自定义材料中的1-8位定义弹性常数

9-16位定义强度，注意有空位

17-24位定义断裂韧性，注意空位

25-32定义剪切非线性

33-40定义材料失效相关参数

最终如下：

3截面属性

该材料模型为二维织物材料，前面建立的几何是实体，因此在采用composite layup建模时，面内截面属性需要用continuum shell类型属性，由于曲板纤维方向不断变化，所以在定义层板坐标系的时候推荐使用离散坐标系。

层间界面采用基于解耦的拉伸-分离本构。

4单元类型

层压板面内与continuum shell截面属性匹配的的单元类型也为连续壳单元，如SC8R。

为了模拟压溃过程中的分层损伤，在原始层板单元两层之间插入0厚度cohesive单元，Abaqus2016版本及以后版本可以直接在CAE中插入0厚度cohesive 单元了，不需要写程序咯，具体参见之前的文章“Abaqus 中创建零厚度cohesive单元的几种方法”，插入的零厚度cohesive单元默认是COH3D8P类型，是做水力压裂分析用的，切记要把它切换到COH3D8哈，此处不再赘述。

5装配

创建完层压板，同时载创建一个离散刚体作为底部承载板和顶部加载板，每个刚体上均设置参考点，并赋予质量及惯性矩等属性，然后将零件装配到一起。

6分析步类型

因为压溃过程中存在严重的刚度退化，隐式分析是几乎不收敛的，所以采用显式动力学求解器进行准静态分析，分析步类型选择“Dynamic/Explicit”，。

至于准静态分析中计算效率和计算准确度的矛盾，在之前的文章中也介绍过了，各位自行考量吧，鱼和熊掌不可兼得，有高性能计算机就尽量不用笔记本台式机。

7接触设置

整个压溃过程中，除了上下加载板与波纹板之间有接触外，当某些层间cohesive单元或者层板单元删除后，裸露出来的新的单元面之间以及新的单元面与加载版之间都会产生新的接触，而这些内面接触默认是不考虑的，因此在设置通用接触的时候要特别注意创建内部接触。

8边界载荷

底部支撑板固支，顶部加载板参考点上施加向下的位移或者速度，如果是位移加载的话，记得指定幅值曲线amplitude，准静态分析推荐smooth step类型哈。

9创建任务

创建任务，提交计算就可以啦。出来的效果图就是这个样子的，条件允许的把加载速率放慢，把网格画细一点，效果会更好哈。

需要注意的是，即使采用了显式分析，如果单元删除参数不合理的话，中途也会出现因单元畸变而跳出的问题，这个自己去悟吧。10

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