碳纤维层合板冲击吸能有限元模拟

为预测复合材料结构的冲击吸能效果,用三维有限元法模拟金属圆柱体冲击碳纤维层合板的过程．层合板被简化为三维正交各向异性材料板;采用Abaqus提供的vumat等扩展编程接口,用FORTRAN编写程序表征材料的弹性、强度和累积失效,实现动态破坏过程仿真;计算结果与冲击试验结果具有可比性．Abaqus的显式分析方法结合编程接口可用于层合板的冲击吸能仿真,结果的准确性取决于用户建立的材料模型．对不同速度、质量和直径的金属圆柱体的冲击进行计算,结果表明在穿透情况下,随着圆柱体速度的增加,圆柱体的动能衰减增多,而系统动能的减少相对稳定,因此后者更适合于临界速度的计算．     

连续纤维增强复合材料商用车车轮的抗冲击性能仿真

为实现车轮的轻量化,采用碳纤维增强树脂基复合材料、基于国标要求的轮辋与轮辐截面尺寸设计一款商用车车轮,并根据层合板设计原则设计其铺层结构。为验证车轮的抗冲击性能,基于车轮30°冲击试验标准,在Abaqus软件中建立车轮冲击试验的有限元仿真模型,分别基于蔡 吴准则和Hashin准则对车轮冲击过程的受力状态进行模拟,根据仿真结果改进车轮的铺层方式,从而提高车轮的抗冲击性能,使其满足冲击试验要求。与同等规格的铝合金车轮相比,复合材料车轮取得约25.3%的轻量化效果。     

含孔复合材料层合板累积损伤仿真分析

针对面内静拉伸纤维增强复合材料含中孔层合板,发展了一种参数化三维逐渐损伤模型,并结合有限元三维逐渐损伤分析技术即应力分析、失效判定准则及损伤过程中材料性能退化等,对含孔层合板损伤扩展进行了仿真分析.本模型可以模拟含中孔层合板损伤起始、发展及最终结构破坏整个过程,并能较好地预测含孔层合板的破坏模式和破坏强度.该文同时对含孔层合板的损伤基本机理、类型及其相互关联作用进行了分析探讨,该文计算结果与文献实验结果非常吻合.     

碳纤维复合材料FJF胶接接头失效仿真研究

基于ABAQUS有限元分析软件对碳纤维复合材料板平-折-平(FJF)胶接接头进行强度仿真研究,采用基于连续介质损伤力学理论的渐进损伤分析方法分析复合材料损伤,采用内聚力模型模拟胶层的失效行为,对比FJF胶接接头与平板单搭接胶接接头强度和胶层应力的差异性,探究不同几何参数对接头强度和胶层应力的影响,并对造成接头强度差异的原因进行了分析。结果表明,FJF胶接接头的主要失效模式为胶层内聚破坏。相较于平板单搭接胶接接头,FJF胶接接头有较大的损伤容限。几何参数中水平搭接长度和偏心距的改变对FJF胶接接头强度和胶层应力影响较大,利用胶层剥离应力和剪切应力的对比能较为合理地分析接头强度差异的原因。     

纤维金属层板低速冲击仿真

采用Johnson-Cook模型模拟铝层的力学行为,选用Hashin三维准则对复合材料层内损伤进行判断,采用Camanho-Matthews折减方案进行刚度折减,同时采用粘接元描述复合层板层间失效,采用Abaqus/Explicit结合VUMAT建立玻璃纤维增强铝合金层板冲击有限元模型。结果表明：随着冲击能量的变大,测量点的位移逐渐变大,钢球反弹后的测量点最大塑性变形也逐渐增大;纤维金属层板的玻璃纤维先发生破坏,然后铝合金层出现裂纹;2种层板的抗低速冲击性能基本相同。研究结果可用于玻璃纤维铝合金层板抗冲击性能的对比分析。     

Abaqus/CAE高级实用技巧(续1)

目前,复合材料在工程中的应用越来越广泛．对于大量使用的层合复合材料,Abaqus／CAE引入专门用于复合材料的设计模块Plyup建立复合材料层合板,使建模变得更为简单,应用该模块可方便地对复合材料进行铺层设计．对于每个铺层,可选择铺层应用的区域、使用的材料、铺层的铺设角度和厚度等．对于铺层较多的结构,Abaqus／CAE提供很方便的检查手段,可使铺层沿厚度方向将每层分离展示,效果一目了然,是数字化设计的优点之一．     

基于APDL的层合板破坏过程分析

为研究层合板的破坏过程,用APDL编程,自定义复合材料的单元破坏判据,分析[90°/±45°/0°],铺排方式的层合板破坏过程.建立层合板宏观和微观的ANSYS模型,分析对比其破坏应力.结果表明:宏观模型破坏应力与微观模型破坏应力略有差别,但微观模型能更直观地给出层合板破坏的动态过程.APDL编程方法可拓展ANSYS有...     

冲击载荷作用下单层球面网壳结构的破坏和温度效应

基于材料的损伤和失效准则,考虑重物冲击和受火温度对钢材性能的影响,运用有限元软件Abaqus分析K8型单层球面网壳在不同温度范围受到冲击载荷时的失效模式.对693个网壳算例进行分析,根据网壳的竖向变形和塑性发展情况,总结K8型单层球面网壳在冲击载荷作用下的6种破坏类型和失效模式分布.研究结果表明:温度对网壳结构在冲击作用下的稳定性有较大影响;在冲击物质量和速度一定的前提下,当火灾温度达到某个限值时,网壳出现整体倒塌破坏;当火灾温度达到400℃时,结构的抗冲击能力明显降低;随着冲击物质量和速度的增加,网壳变形模式不再随着温度的升高发生明显变化,此时网壳失效类型以剪切破坏为主.     

复合材料层合板低频声辐射优化

为使复合材料层合板低频声辐射性能最优,根据无限域声场的特点,介绍将有限元与无限元耦合进行声辐射性能分析的理论和方法,采用2个算例验证该方法的有效性.将有限元软件Abaqus与数值优化软件Isight相结合完成复合材料铺层角的优化,并提出逐层优化的思路.以含有8层单层板和1层阻尼芯层的复合材料层合板为研究对象,以铺层角为设计变量,采用逐层优化方法(layer-wise optimization method,LOM)优化层合板的声学性能,并分析阻尼芯层对层合板声辐射的影响.结果表明:合理的铺层角可以提高复合材料层合板的1阶固有频率,达到减少声辐射谱峰数量和降低辐射声功率的效果;增加阻尼芯层可以抑制声辐射谱峰,有利于提高层合板的低频声辐射性能.     

卫星推进系统复合材料高压气瓶爆破失效分析

介绍一种卫星推进系统复合材料气瓶的2种功能失效模式:爆破失效和疲劳失效.重点分析引起爆破失效的主要因素,通过ANSYS采用薄壁壳单元SHELL 91模拟碳纤维螺旋缠绕层和环向缠绕层组合缠绕的多层结构模型,并提出一种爆破失效验证方法.研究结果表明,应力断裂、复合层受损和树脂开裂等是引起复合层破裂的主要因素.复合材料气瓶测试结果表明:采用SHELL 91模拟复合多层结构的分析方法是一种有效、实用的方法;基于复合层单层结构判定理论的爆破失效验证方法是合理、可行的,并可以为降低其失效概率提供数据依据.     

基于分层模型的复合材料耦合Lamb波频率—波数域特性研究

针对复合材料层合板中耦合Lamb波的传播问题,基于分层模型提出解析建模与有限元数值模拟相结合的方法对其进行预测和评估。利用Legendre正交多项式展开法推导多层各向异性复合材料层合板中耦合Lamb波的控制方程,并对频率-波数域频散特性曲线实现数值求解。基于平面壳单元构建复合材料层合板的有限元模型,采用波结构加载法生成单一Lamb波基本模态,设计复合材料层合板的不同纤维取向、边界和界面约束条件,并经二维傅里叶变换获得有限元模拟数据的频率-波数域频散特性曲线。通过对比验证,结果表明两种方法均有较好的吻合性。     

基于Python的复合材料船体梁极限强度分析

为在复合材料船体结构数值仿真分析中进行快速建模和分析,采用Python脚本语言和Abaqus前处理模块,开发出针对复合材料船体梁极限强度计算的通用模块.该模块考虑复合材料的各向异性、失效准则及铺层方式等因素.实例表明：所开发的程序界面友好、可操作性强,能有效提高复合材料船体梁极限分析的效率.     

飞机复合材料结构修理工程分析方法研究

本文主要对复合材料结构失效分析、胶层失效分析、贴补修理分析、挖补修理分析展开分析,其中对胶层失效分析从基于材料强度的分析方法、断裂力学的分析方法、粘聚区模型、连续损伤力学模型展开论述与分析,希望给相关理论研究提供一些参考依据。     

CPR1000安全壳结构极限承载能力分析

安全壳的极限承载能力是评估安全壳安全性和可靠性至关重要的指标.在Abaqus中通过分离式建模建立CPR1000堆型安全壳三维有限元模型,在自重及预应力载荷下,施加0~3倍范围内压载荷进行非线性有限元分析.对于破坏准则,提出安全壳的极限承载能力包括功能性失效和结构破坏的2个阶段,并给出相应的破坏准则.计算结果表明,在内压载荷达到1.83倍设计内压时,大量混凝土开裂,钢衬里部分屈服,可认为安全壳达到功能性失效;在内压载荷达到2.16倍设计内压时,预应力筋开始屈服,可认为安全壳达到承载力极限状态.     

基于神经网络的复合材料胶接修补参数优化

胶接参数对于胶接修补的效果影响非常明显,但是采用传统的数值计算方法不容易分析得到优化值.针对复合材料层合板胶接修补参数优化,采用改进的BP神经网络建立参数优化预测模型.层合板胶接修补的有限元分析为神经网络预测模型提供训练样本,通过神经网络预测胶接参数对修补效果的影响,并用试验结果验证预测结果的准确性.结果表明所建的模型是准确有效的,最后采用预测模型得到优化的胶接修补参数为:补片的直径为孔径的2.41倍、补片厚度为母板厚度的0.608倍、补片的铺排方式为:(0/90/±45/90)s.     

多层供应链网络中欠载失效和过载级联失效的协同演化研究

供应链网络与我们的生活密切相关,而供应链网络的级联失效问题一直是研究的重点.文中提出了一种多层供应链网络混合失效模型,更好地模拟了真实供应链网络欠载失效和过载级联失效的过程,为预防供应链网络崩溃提供了参考.首先,建立了上层供应商网络过载级联失效模型和下层零售商网络欠载失效模型,它们共同构成了上下层网络混合的供应链网络模型;然后,通过采用不同的攻击方式攻击上下层网络,分析了供应链网络的失效迭代过程和脆弱性.在初始攻击比例一定的情况下,上层供应商网络相较于下层零售商网络有更强的鲁棒性,初始攻击节点为上层供应商网络节点时,网络崩溃的阈值更低,更容易使供应链网络发生全面崩溃.仿真结果验证了模型的有效性,为预防供应链网络崩溃提供了新的研究模型.     

纤维增强复合材料结构的层间和层内损伤分析

一、引言 在复合材料结构分析中最主要的挑战就是需要预测它们的损伤失效行为.复合材料主要的损伤失效模式包含层间失效和层内失效.层间失效指相邻层之间的分离,这种现象出现在开孔,厚度过渡区和自由边附近,也较多出现在应力集中状态区域.为了模拟层间失效模式,需要采用特殊的断裂力学方法及粘接单元方法.层内失效包含纤维断裂、基体破坏和纤维与基体的脱离三种不同的失效模式,可以用经典的校核准则如:Tsai-HiⅡ,Tsai-Wu及Puck等做一些简单分析.如果需要分析层内失效及裂纹扩展的过程,还需要特殊的非线性损伤模型和判据.     

基于Abaqus的复合材料板冲击特性分析

基于Hashin准则,用Abaqus建立玻璃纤维/环氧树脂复合材料板的冲击仿真计算模型,分析材料在不同冲击能量、冲击质量与冲击速度影响下的初始损伤和损伤演化特性.通过对比发现仿真计算结果与试验结果吻合较好,表明该仿真计算模型对此材料的冲击预测有效.     

基于内聚力模型的界面破坏分析

界面破坏是材料与结构失效的常见形式,准确分析模拟界面损伤演化和最终破坏对评估材料乃至结构性能至关重要.在简要介绍内聚力模型的基础上,用Abaqus中的内聚力单元分别对均质材料和非均质材料界面破坏过程进行模拟,数值结果与理论结果吻合良好,表明内聚力单元适用于材料界面破坏分析.     

CAE软件操作小百科(53)

1 Abaqus中的复合结构及其建模方法有哪些? Abaqus提供多种途径对复合结构进行建模.根据复合材料的种类、对应的数据信息、边界条件等因素选择合适的方法,最终可得到理想的结果.复合结构是由复合材料制成的,其中层状复合材料比较常见,主要包括纤维增强塑料、层合板和夹芯板等.复合材料被广泛应用于航空航天等领域.根据组分...