abaqus模拟超材料三点弯分析

3.分析部分

3.1显示动力学分析方法

采用显式动力学分析方法对结构进行分析时，不需要组装有限元模型整体的刚度矩阵，因此其分析过程中每一步的计算成本比隐式分析方法低，且不需要对每一步分析的结果进行迭代和收敛判断。因此，对于大变形问题的分析，显式动力学分析方法更加适用。为了保证显式动力学分析的结果可以准确模拟有限元模型准静态工况下的力学响应，需要选取合适的稳定时间增量步。若稳定时间增量步太大，则会导致模型的动能大于内能，结果失真，而稳定时间增量步太小则会导致需要计算的增量步数目过多，计算所花费的时间过长。

3.2面内抗压性能分析

基于第 2.3 节所阐述的建模方法可以完成三点弯结构的精细化建模。本节采用该精细模型对三点弯结构的面内抗压性能进行了数值模拟，并将所得结果与文献结果进行了对比。进行面内抗压性能模拟的有限元模型尺寸参考文献，有限元模型几何结构如图

3.2.1不同单板模型抗压性能对比

如图建立了三种单胞的示意图，从如下图所示的截面图可看到，OCT的截面图是8根杆汇集在一起的，而FCC和BCC是四根单胞构成的杆件组合在一起的，FCC和BCC之间的不同是由于侧面结构的不同，FCC的每个侧面还有两根交叉的杆件：

(a) OCT (b) FCC (c) BCC

自己用表格的形式给下每部分的尺寸	下面是个类似例子

如果做实验了，就把试验也放在上面对其进行对比下，我先把带有试验的分析给你写出来，如果用的话你就放在这里，没用的话就删除就行了。

基于三种单胞模型，分别做了OCT、FCC、BCC的实验，得到的结论为OCT>FCC>BCC,通过有限元仿真，将其下端固定约束，上端施加50N的载荷，分别得到如下结果：

(a) OCT (b) FCC (c) BCC

(a)结构分析

杆件的数量影响结构的稳定性，BCC由于杆件数量较多的原因，结构的强度刚度、稳定性都比较好，并且在Mises应力分布中，在相同载荷下，其应力极值为最小，说明结构的稳定性较好。其次由于FCC相较于BCC的杆件数量较多，虽然多于的杆件不在结构的对角线上，但在结构的侧面对结构的刚度以及稳定性都起到了较为重要的作用。

(b)结果分析

对比结果表明，数值模拟结果可以准确表征单胞结构在面内侧压荷载作用下的力学响应，并且通过位移云图可以看出，不同单胞模型之间的位移大小，可以的得到位移的大小为OCT<FCC<BCC，是由于Z方向的位移越小，代表着模型的形变越小，进而保证模型刚度以及稳定性越好，则得出的结论为OCT>FCC>BCC。

单胞类型	OCT	FCC	BCC
位移大小	0.0633	0.0638	0.068

这里还有一个可以分析的点。就是为什么OCT和FCC在数值模拟上的结果会这么接近，猜测应该是由于模型结构导致的

但在相同的侧压荷载情况下，数值模拟结果对应的位移会略微小于试验结果，造成这种情况的原因可能是试验过程中夹具与试验件并非完全理想的紧密贴合，因此造成了位移不匹配，存在大约 3~4mm 的误差。

(1) OCT的应力应变曲线

(2) FCC的应力应变曲线

(3) BCC模型

模型类型	OCT	FCC	BCC
弹性模量

基于数值模拟与试验所得载荷-位移曲线可以获得单胞模型结构面内侧压屈服荷载，本节数值模拟所得面内侧压屈服荷载与试验结果对比如表 2-8 所示，可以发现，数值模拟所得面内侧压屈服荷载与试验值一致性较好，相对误差较小。

3.3.2抗弯性能分析

针对三点弯结构抗弯性能分析采用的有限元模型同样为第3.31节所述的精细模型，采用三点弯工况分析三点弯结构的抗弯性能。分析三点弯结构抗弯性能的有限元模型长度 l 为 130mm(自己设置下)，其余三点弯结构尺寸参数及材料参数与 2.4.3 节中的面内侧压性能分析模型相同。三点弯有限元模型如图 2-21 所示，包含两个部分，分别是三点弯结构的有限元精细模型与进行三点弯加载的刚体压头。

图3-1 三点弯结构有限元模型

图3-2三点弯支撑点间距示意图

Job1

Job2

Job3

Job4

模型类型	Job1	Job2	Job3	Job4	Job5
位移值	11.03	10.52	10.39	10.58	10.53

• 模型一是全部选用最差性能的BCC 阵列成50×5×5的梁。

• 模型二是根据文献改进了单胞的排列方式 红色区域是OCT 黄色区域是FCC 绿色是BCC。

对应每个模型的这个图需要列出来，对应好

• 模型3是分层设计 第一层和第五层是OCT 第二层和第四层是FCC 中间一层是BCC

• 模型4是根据模型一的应力分布更改的单胞排布 模型一应力黄色和红色的地方改成了OCT 其他受应力的地方换成了FCC

• 模型5是模型一的基础上把所有有应力的地方都改成了FCC 没有使用OCT

对比分析

可以看到模型一相较于其他模型的位移值较大，说明模型一的刚度较差，抵抗变形的能力较弱，分析其原因是由于组成其模型的单胞结果，其单胞使用为BCC单胞模型，其每个单胞的刚度较差，就导致整理的梁结果刚度较差，

在结果上分析，此模型为三点弯模型，上端受压，下端受拉，单胞模型的排列规则对模型的强度，刚度以及稳定性有较大的影响。模型二由于下端为OCT，在受拉的地方使用了表现最为良好的单胞 ，提高了模型的稳定性以及刚度。模型三由于分层设计，结构最为合理，因为模型二由于不同单胞的排布是呈现梯形分布的，在进行三点弯受力的时候，容易产生偏应力，但是由于模型三结构特殊性，在顶部和底部受力最大的地方采用了最好的OCT单胞模型，很好的提高了模型的刚度和稳定性。

模型四和模型五类似模型二都是由于排列的不规则性导致其最终受力时，位移极值相较于模型三排列规则的叫大。

Job1

Job2

Job3

Job4

Job5

从能量的角度分析，五个模型的比吸能(吸收的能量除模型质量) ,模型三最好