Abaqus提供了不同方式对复合结构进行建模的功能。根据被建模的复合材料的类型，可用的材料数据，边界条件以及期望的结果，某种特定方法可能比其他方法更好。
什么是复合结构？
复合材料是嵌入基质材料内的增强材料的宏观混合物。复合结构由复合材料制成，并且可以具有许多形式，如单向纤维复合材料，织物或蜂窝结构。
Abaqus使用几种不同的方法来模拟复合结构
1）微观：在这种方法中，基体和增强材料被建模为单独的可变形连续体
2）宏观：在这种方法中，基体和增强材料被建模为整体可变形连续体。当单个纤维的微观行为及其与基体的相互作用不太重要的时，可以使用这种方法。
3）混合建模：在该方法中，复合结构被建模为单一正交各向异性（或各向异性）材料。当结构的整体行为比微观层面的行为更重要时，这一点很重要。单个材料定义（通常是各向异性的）足以预测全局行为。
复合材料层压板的分析：
复合层压材料由多层制成。每层具有独自的厚度，并且每层中的增强纤维以不同方式对齐。布置层以形成层压板的顺序称为叠层或堆叠顺序。在Abaqus中对此进行建模的最简单方法是使用混合建模方法。这将包括为每个层定义正交各向异性，厚度，纤维取向和堆叠顺序，这反过来又决定其结构行为。
通常，层压性能直接从实验或其他应用中获得。这些性质可以是A，B，D基质的形式，其定义了层压材料的刚度。在这种情况下，宏观方法可用于层压板的结构分析。这种方法在本质上可以被认为是宏观的，因为在Abaqus部分定义中导出并使用等效的截面属性。还可以认为它是一种混合建模方法，因为截面刚度是基于层板铺设得出的。
下面的示例显示了A，B，D矩阵是如何从可用的上层信息中派生出来的，并在Abaqus的General Shell Section定义中使用。
经典层压理论的假设：
这里显示的层压复合材料的宏观建模方法基于经典层压理论（CLT）。为了准确实现CLT，假设需要满足：
•通过层压材料的厚度的位移分量是连续的，并且在层压材料的相邻层之间没有滑动。
•每层都处于平面应力状态。
•层压板变形使得垂直于中平面的直线在变形后保持笔直并垂直于中平面，并且板的厚度不会因变形而改变。
例：
复合板由环氧树脂中的2层（层）单向石墨纤维组成（图1）。每层厚度为0.1mm，两层的正交各向异性材料特性如下：
这里，方向1指的是纵向（沿着纤维），2指的是横向（平面中垂直于薄层纤维的方向），3指的是垂直于薄层的方向。因此，这些方向是纤维层的局部坐标方向。
为了使用这种方法，需要知道层的堆叠顺序。该实施例中的堆叠顺序为{0/90}，这意味着第一层中的纤维在垂直于第二层中的纤维的方向上取向。让第一层具有沿全局X轴取向的纤维，第二层具有沿全局Y轴取向的纤维。
假设每层中为平面应力状态，则所得应力与广义应变相关：
上述方程中的刚度项与正交各向异性材料的常用工程常数有关，具体如下：
这些是沿着主要纤维层方向的局部刚度项。由于每个层中的主要方向不同，因此需要将上面针对每个层计算的局部刚度分量旋转到全部坐标（1,2，𝑁），该系统是指Abaqus默认选择的标准壳基方向。这可以通过坐标系转换来实现，并导致以下关系：
因此，𝑄̅𝑄̅项是沿标准壳基方向的刚度系数。
然后可以基于这些刚度系数和层压板的几何构型来定义等效截面刚度。这导致以下三个矩阵：
这里𝑚表示一个特定的图层。因此，𝑄̅𝑄̅𝑖𝑗取决于𝑚𝑡ℎ层的材料特性和纤维取向。
这些方程中的ℎ𝑚和ℎ𝑚-1表示𝑚𝑡ℎ薄层由表面b =ℎ𝑚和𝑧=ℎ𝑚-1界定，ℎ𝑚是𝑚𝑡ℎ薄层与层压板中平面的距离。这个术语如下图所示：
得到的𝐴，𝐵，𝐷矩阵提供了一般的层压板刚度，并且具有非常重要的结果。𝐴矩阵是正规矩阵（normal matrix ），其项与正应力和应变相关。𝐵矩阵是耦合矩阵，它将弯曲应变与正应力和正应变与弯曲应力联系起来。第三个矩阵称为𝐷矩阵，其术语与弯曲应变和应力有关。请注意，横向剪切刚度项也可以从基础方程计算，但在这个特定的例子中被忽略。
这些A，B和D矩阵可以组合并直接用于Abaqus中的一般shell部分定义：
A，B，D矩阵非常重要，因为它们在层压力和壳体截面上的力矩（每单位长度的膜力，每单位长度的弯矩）{𝑁}和层压板广义截面应变（参考）之间提供直接关系。表面应变和曲率）{𝐸}。
{N} = [D]：{E}
而且，这些基质可用于确定平面内工程常数，其可进一步用于复合材料的结构分析。
复合材料培训课程推荐
1.【7月14-16日 西安】ABAQUS复合材料结构强度、传热、动力学及疲劳寿命预测专题培训
https://www.jishulink.com/content/post/530208
微信
QQ
微博