探索Abaqus多尺度材料分析系统FE-RVE在复合材料中的应用

Abaqus提供了强大的功能，用于模拟由不同的成分和/或微观结构组成的材料系统性能。Abaqus中的平均场均质材料类型允许用户将材料系统定义为组成成分的组合，并使用分析和准分析方法预测材料系统在更大尺度上的聚合（均质）响应。

材料微观结构的代表性体积元（FE-RVE）是以一种不受平均场均质化中使用的分析方法来研究材料性能。某些均质属性(如弹性、热膨胀和电导率)可以直接通过FE-RVE模型获取，另外可以使用下FE-RVE的均质响应代替样片的测试数据，通过研究在给定的远场加载历史中，对某一材料性能进行评估研究，来预测在更大的尺度上的材料性能(如塑性、粘弹性和损伤模型)。

Abaqus FE-RVE插件提供了一些有用的功能，如图1，用于创建和后处理FE-RVE模型。模型创建包括施加周期性或非周期的边界条件，或施加远场负荷历史，并建立必要的分析步，以实现材料属性的微观研究。后期处理包括从已完成的分析中确定FEA-RVE的均质性质，以及对整个RVE和单个RVE成分的场进行平均和统计分析。

图1 Abaqus FE-REV插件功能Abaqus FE-RVE GUI

图2 Abaqus FE-REV GUI操作视频如下。

Abaqus FE-RVE功能

图形参数化生成FE-RVE几何

图3 参数化生成RVE几何

1）六边形纤维填充的单向连续纤维增强复合材料

2）体心椭圆体

图4 体心椭圆体自定义FE-RVE模型

图5 自定义

自动定义边界条件

图6 边界条件定义

1）周期性边界（即使网格不是周期性）

图7 周期性边界的应力分布

2）Taylor边界（远场梯度约束RVE表面）

图8 泰勒边界的应力分布

3）Neumann边界（远场通量应用于RVE表面）

图9 Neumann边界的应力分布

各样的RVE性能分析

1）连续体和壳状微结构的力学分析

2）稳态传热

3）稳态热力耦合

均匀场分析

图10 均匀场结果

1）弹性刚度

2）热膨胀

3）壳截面刚度（ABD矩阵）

4）热导率

5）完全耦合热导率+刚度（9x9本构矩阵）

6）密度

7）比热

后处理

图11 历史结果统计

图12 直方图统计

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