走出复合材料实体壳单元与实体单元的误区 [复制链接]
Elizabeth 1#
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析模科技招聘CAE工程师 CAE工程师（应届生）
首先，用composite layup工具直接为复合材料层合板建模，是ABAQUS的一个快捷的工具，其中包括三种单元类型：壳单元、实体壳单元、实体单元。如下图：
Elizabeth
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首先对于传统的壳单元则模型是一个平面，只能是一层单元了，这个是毫无疑问的了。而对于实体壳，其实是三维单元，只不过它采用了传统壳的本构模型；实体单元当然是三维的了。
若采用后面两种单元，如果在Edit Composite Layup中选择Region的时候直接对实体部件进行选择，如果在在厚度上只有一层单元，这样是没有问题的。如果是两层以上，那么在每一层单元上都会赋予在Composite Layup中所有的铺层，也就是说这时候就重复了，所以在帮助文件里说如果在厚度上单元多于一个就会出现不希望出现的结果。
但是这并不是说在厚度方向（即复合材料的叠层方向）上只能划分一层单元，如果层合板太厚，就会影响结果的精度。其实在厚度上可以划分多余一层的单元，方法如下：
首先要计算好在厚度上要划分几层单元，建议不要太多，会带来很大的麻烦，对结果也没有太大的帮助，例如，厚度为10，每一复合材料单层的厚度为2（当然每一层不一定相等），共5层，我在厚度上划分两层单元，第一层上有两个复合材料单层，厚度共为4,；第二层单元有3个复合材料单层，厚度共为6。这样首先我在部件实体上划分单元，由于这里的单元边长不一样，为了精确划分，使用下图中的边撒种子偏心（seed edge：Biased），当然如果均等就没有必要这样划分了，可以直接撒种子个数。这样划分出如下图中的网格。
首先为两层单元分别建立composite layup，在Region里选择的时候一定不要再直接选择实体了，而是要选择一层的单元。分别为其选择相应一层的单元，这样就ok了。
用不同分层方法算了一个简单例子（见附件），运算结果区别较大，大家认为哪一个比较精确？例子说明：复合材料棒（1（厚）X 2(宽) X20 (长) m），一端面固定，500N的朝上的集中力施加在另一端上面两个角上。方法1：厚度方向1个单元，4 plies / Element； 方法2：厚度方向2个单元， 2 plies / Element； 方法3：厚度方向4个单元，1 ply / Element 。
用不同分层方法算了一个简单例子.pdf (214.22 K, 下载次数:150)
【问】在aba中能实现非线性屈曲分析吗？在step中选定line- perturbation下的各项，其Nlgeom都为Off，是不是意味着是进行不了啊？ 【答】
line-perturbation应该是特征值屈曲分析，只能是线性的，要想进行非线性 屈曲分析要引入初始缺陷
ABAQUS中非线性屈曲分析采用riks算法实现，可以考虑材料非线性、几何非线性已经 初始缺陷的影响。其中，初始缺陷可以通过屈曲模态、振型以及一般节点位移来描述。
no.1: 利用abaqus进行屈曲分析，一般有两步，首先是特征值屈曲分析，此分析为线性屈曲分析，是在小变形的情况进行的，也即上面提到过的模态，目的是得出临 界荷载（一般取一阶模态的eigenvalue乘以所设定的load），且需要在inp文件中，作如下修改 *node file,global=yes *End Step
此修改目的在于：在下一步后屈曲分析所需要的初始缺陷的节点输出为.fil文件。
no.2： 其次，就是所谓的后屈曲分析，此步一般定义为非线性，原因在于是在大变形情况进行的，一般采用位移控制加修正的弧长法，可以定义材料非线性，以及几何非线 性，加上初始确定，所以也称为非线性屈曲分析。此步分析，为了得到极限值，需要得出荷载位移曲线的下降段，除了采用位移控制以及弧长法设定外，需在所得到 的inp文件中，嵌入no.1中的.fil节点数据。修改如下：
*IMPERFECTION（缺陷）, FILE=results_file（此文件名为.fil）, STEP=step(特征值分析步名), 1（模态），2e-3（模态的比例因 子，此值一般取杆件的1%，壳体厚度1%） 此修改一般加在boundary之后step之前。
Re:新手请教非线性屈曲中如何加初始扰动？
6.2.4 Unstable collapse and postbuckling analysis
Rik法用于跳越失稳问题的研究，也可以用于分支屈曲的后屈曲研究。分支屈曲的后屈曲分析不能直接在分支屈曲后面研究，而是要给一个初始缺陷，使力学响应呈连续状态（非线性）
7.6.1 Introducing a geometric imperfection into a model
定义初始缺陷
Abaqus用三种手段定义初始缺陷，根据分支屈曲模型取一个线性组合，根据静力分析结果，直接指定。除非初始缺陷已经知道，一般采用第一种方法。
第一步，特征屈曲分析，Write the eigenmodes in the default global system to the results file as nodal data (“Output to the data and results files,” Section 4.1.2).
第二步，将这些特征屈曲模态添加到perfect 几何体中，作为初始缺陷，
where is the mode shape and is the associated scale factor.
一般来说系数w，在第一阶模态最大，而且w一般取结构几何参数的倍数，如壳的厚度的0.1倍，等。
第三步，用rik法进行分析。
ABAQUS通过节点标签来输入初始缺陷（imperfection）但是软件不会去确认两个模型的兼容性，所以要特别注意节点标号的一致性。
Defining an imperfection based on eigenmode data/
Input File Usage:
*IMPERFECTION, FILE=results_file, STEP=step, NSET=name
Defining an imperfection based on static analysis data
可以基于前一步的静力分析输入初始缺陷，可以定义某个载荷步的结果，也可以不指定，默认输出文件里的最后一个载荷步
Input File Usage:
*IMPERFECTION, FILE=results_file, STEP=step, INC=inc, NSET=name
Defining an imperfection directly
可以通过局部或整体坐标定义，也可以读入相应的文件
Input File Usage:
*IMPERFECTION, SYSTEM=name, INPUT=input file
If no input file is specified, ABAQUS assumes that the data follow the option.
缺陷敏感度的问题上，可以通过改变缺陷的系数（W），用分析结果变化大小来评估。
缺陷较小的结构初始位移变形较小，在极值点突变，而初始缺陷较大的结构，载荷位移曲线较平滑，可以说较容易分析。
追问
再问下，那个riks分析完成后，后处理都需要看些什么东西？我怎么感觉我的buckle和riks分析结果完全没什么关系呢，怎么能检验我的分析结果是对的？谢谢
环氧板 编辑 目录 1简介 2说明 3应用特性 1简介编辑
环氧板
产品名称 环氧板又称环氧玻璃纤维板，环氧酚醛层压玻璃布板，型号为3240，环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的
相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。
2说明编辑
本产品环氧板:玻璃纤维布用环氧树脂粘合而成加温加压制作，型号为3240，在中温下机械性能高，在高湿下电气性能稳定。适用于机械、电器及电子用高绝缘结构零部件，
具有高的机械和介电性能较好的耐热性和耐潮性。耐热等级F级（155度）。
规格厚度：0.5～100mm 常规规格：1000mm*2000mm 颜色：黄色 产地：国产
在高温180℃的情况下受热变形，一般不与其他金属在一块受热，可能引起金属板材变形
3应用特性编辑
1、 形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。 2、 固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。
3、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存[1]在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附
强度。
4、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、
酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。
5、 力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。
玻璃纤维增强环氧树脂单向复合材料力学性能分析
摘 要:采用连续玻璃纤维与环氧树脂相复合,通过金属模压成型工艺,制备出单向玻璃纤维/环氧树脂复合材料。通过三点弯曲实验论证单向纤维对树脂基体的增强作用,从而研究不同纤维含量下复合材料的弹性模量、纵向拉伸强度、纵向压缩强度的变化趋势。结果表明:随着纤维含量的增加,复合材料的力学性能均增强,当纤维体积含量为50%时,其各项性能均较好,弹性模量为40 GPa,纵向拉伸强度为1 200 MPa,纵向压缩模量为700 MPa。此外,对复合材料的其他常用力学性能参数进行检测。
关键词:环氧树脂;玻璃纤维;单向增强;力学性能
环氧树脂是由具有还氧基的化合物与多元羟基化合物(双酚A、多元醇、多元酸、多元胺)进行缩聚反应而制得的产品[1]。它适用于多种成型工艺,可配制成不同的配方,可调节粘度范围大,贮存寿命长;固化时不释放挥发物,固化收缩率低,固化后的制品具有极佳的尺寸稳定性、良好的耐热性、耐湿性和高的绝缘性。但因其固化物质脆,抗开裂性能、抗冲击性能较低,使其应用受到了一定限制[2-3]。若以环氧树脂为基体,通过填加不同的增强材料制成不同的复合材料,则可使其性能得到大幅度改进[4]。玻璃纤维由于性能优良,成本低廉,研究较早,故其应用已处于相对较成熟的阶段[5-6]。本文通过连续玻璃纤维与环氧树脂复合而制得单向复合材料板,对复合材料的相关力学性能进行研究,为此种复合材料的进一步应用和性能的改进提供理论依据。 1 试验材料与方法
选用E54和TDE85环氧树脂体系及南京玻纤院生产的S2无碱高强玻璃纤维为原料,加入固化剂咪睉,利用金属模压成型工艺制得所需复合材料试样。材料成型工艺参数:120℃/2 h+160℃/4 h。利用WDW3300型微机控制电子万能试验机检测试样相关力学性能。 2 试验结果与分析
2.1 复合材料的弹性模量分析
以环氧树脂浇注体为参照,当基体中填加不同体积分数的玻璃纤维后,所得复合材料试样的弹性模量变化如图1所示。
复合材料中各结构单元所起的作用不同。基体类似隔膜,能将增强体分隔开来,主要用于固定和黏附增强体,并将所受的载荷通过界面传递到增强体上。增强体被均匀地分散于基体中,主要用来承受载荷,降低复合材料被破坏的几率,提高材料的使用性能,延缓其使用寿命[7]。
由以上数据可见,当玻璃纤维体积含量为30%时,虽然复合材料的弹性模量有所增加,但增加幅度并不大,这主要是因为当纤维数目较少时,其承担的应力也相对较少,并且由于纤维的加入,切断了原来连续的基体,在树脂中形成了一定数目的缺陷,不利于弹性模量的增加。当纤维体积含量为50%时,弹性模量增加显著,这是因为当纤维增加到一定程度并均匀地分布于树脂基体中后,纤维较好地承担了受力作用。由于纤维和基体界面结合适中,纤维的变形受到基体的限制,同时纤维阻止基体的变形,从而使复合材料获得很好的强化。 2.2 复合材料的强度分析
图2、图3为不同玻璃纤维含量的复合材料纵向拉伸强度和纵向压缩强度变化曲线,可以看出,随着纤维含量的增加,复合材料的纵向拉伸强度和纵向压缩强度均呈增加趋势,且当纤维含量为50%时材料的强度值均高于纤维含量为30%时的材料强度值。
在本试验所制复合材料中,由于玻璃纤维是单向排列于树脂基体中,所以当纤维含量达到一定值后,当外力由基体传递至纤维时,由于各向异性的影响,会使力的作用方向发生变化,即主要沿纤维取向方向进行传递。在一定程度上使力的作用得到分散,对复合材料的破坏作用减缓,从而使材料的强度得到提高。但当纤维含量过多时,
部分纤维难以被树脂充分浸润,从而在材料中形成许多结合较弱的界面,当材料受力时,这些界面容易脱附拔出,应力传递失效,使材料的性能下降[8]。鉴于前人的经验,本试验复合材料中纤维最高体积含量为50%。
2.3 其他力学性能检测
由以上几组试验数据可见,当玻璃纤维体积含量为50%时,复合材料的性能较好,故对这种复合材料的其他几种常用力学性能作进一步检测,所得结果如表1所示。
3 结束语
玻璃纤维增强环氧树脂单向复合材料力学性能随着纤维含量增加而增强,当纤维含量较少时,复合材料的性能增进幅度不大,但当纤维含量达到一定值后,即纤维体积含量为50%时,复合材料获得了较好的综合力学性能,其中弹性模量可达40 GPa,纵向拉伸强度可达1 200 MPa,纵向压缩模量可达700 MPa。 参考文献
[1]黄晓军,张楠楠.环氧树脂的增韧改性研究新进展[J].广东化工,2006,33(12):61-63.
[2]肖生祥,樊 丁.环氧树脂与玻璃纤维复合材料的应用研究[J].山西建筑,2007,33(1):170-171. [3]杨连贺,于建明.环氧树脂作为复合材料基体的研究进展[J].天津纺织工学院学报,1999,18(1):64-65. [4]施晓霞,李泽宏.单向复合材料弯曲疲劳性能[J].纺织学报,2002,23(5):380.
[5]刘国权,杨大锋.高强玻璃纤维复合材料的性能及应用[J].纤维复合材料,2002,6(2):21. [6]廖英强,杜 楠.纤维增强复合材料研究[J].航天制造技术,2006,6(3):50-52. [7]刘智恩.材料科学基础[M].西安:西北工业大学出版社,2007:310.
[8]谷和平,蒋 英.短切纤维增强环氧树脂力学性能研究[J].塑料工业,2007,35(12):20-23.[责任编辑:郝丽英]
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Elizabeth
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首先，用composite layup工具直接为复合材料层合板建模，是ABAQUS的一个快捷的工具，其中包括三种单元类型：
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单元、实体壳单元、实体单元。如下图：
首先对于传统的壳单元则模型是一个平面，只能是一层单元了，这个是毫无疑问的了。而对于实体壳，其实是三维单元
只不过它采用了传统壳的本构模型；实体单元当然是三维的了。
若采用后面两种单元，如果在Edit Composite Layup中选择Region的时候直接对实体部件进行选择，如果在在厚度上只
一层单元，这样是没有问题的。如果是两层以上，那么在每一层单元上都会赋予在Composite Layup中所有的铺层，也是说这时候就重复了，所以在帮助文件里说如果在厚度上单元多于一个就会出现不希望出现的结果。
但是这并不是说在厚度方向（即复合材料的叠层方向）上只能划分一层单元，如果层合板太厚，就会影响结果的精度。实在厚度上可以划分多余一层的单元，方法如下：
首先要计算好在厚度上要划分几层单元，建议不要太多，会带来很大的麻烦，对结果也没有太大的帮助，例如，厚度为1
每一复合材料单层的厚度为2（当然每一层不一定相等），共5层，我在厚度上划分两层单元，第一层上有两个复合材
单层，厚度共为4,；第二层单元有3个复合材料单层，厚度共为6。这样首先我在部件实体上划分单元，由于这里的单
边长不一样，为了精确划分，使用下图中的边撒种子偏心（seed edge：Biased），当然如果均等就没有必要这样划分了可以直接撒种子个数。这样划分出如下图中的网格。
首先为两层单元分别建立composite layup，在Region里选择的时候一定不要再直接选择实体了，而是要选择一层的单元
分别为其选择相应一层的单元，这样就ok了。
用不同分层方法算了一个简单例子（见附件），运算结果区别较大，大家认为哪一个比较精确？例子说明：复合材料棒（
（厚）X 2(宽) X20 (长) m），一端面固定，500N的朝上的集中力施加在另一端上面两个角上。方法1：厚度方向1个
元，4 plies / Element； 方法2：厚度方向2个单元， 2 plies / Element； 方法3：厚度方向4个单元，1 ply / Elemen
用不同分层方法算了一个简单例子.pdf (214.22
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ABAQUS自带的帮助文件中1.1.13 Damage and failure of a laminated composite plate也许对你有帮助
我是从百度文库转过来的具体不是很理解
。
用于估计最大临界载荷和屈曲模态，无
线性屈曲分析
法查看屈曲后状态。可用作引入缺陷的
*buckle
之前的计算分析步，需要加载荷；屈曲特征值与载荷相乘就是屈曲载荷。主要用于缺陷不敏感结构。
用于计算最大临界载荷和屈曲以后的后
非线性屈曲分析
*static, riks
屈曲响应，可以查看后屈曲状态，用弧长量代替时间量。载荷比例因子与载荷相乘就是屈曲载荷。可以用于缺陷敏感结构，如果结构存在接触，容易出现收敛问题。
用于计算结构刚度不变或结构刚度增大
通用静力分析
*static
的结构，如果结构出现屈曲或者垮塌，很容易出现不收敛问题，无法计算后屈曲状态。
通用静力分析+阻尼稳定
*static, stabilize
在静力分析步中加阻尼，有助于收敛，计算的结束点可以比通用静力分析要后一些，但要注意阻尼不能加得过大。 将屈曲问题作为隐式动力问题来处理，
隐式动力分析
*Dynamic
适合接触脱开的问题，但是假如结构接触对较多，很容易出现收敛问题。这种分析类型使用的是隐式积分方法。 将屈曲问题作为显式动力问题来处理，适合接触脱开的问题，能够适应复杂的
显式动
*dynamic,
模型，复杂的接触对， 收敛效果较好。但是计算量较大，计算时间较长，计算完以后需要评估计算结果是否可靠。这种分析类型使用的是显式积分方法。
力分析 explicit
[复合材料] abaqus中复合材料屈曲（稳性）分析求助？
[复制链接]
heukevin 电梯直达1# 发表于 2010-8-26 12:20:55 | 只看该作者 abaqus, 复合材料, 求助, 屈曲 22 主题 93 帖子 1 积分 请问在ABAQUS中对复合材料进行屈曲（稳性）分析具体怎么实现，求高人指点？在此先谢过了！ 收藏 分享 赞 不支持 微信 相关帖子 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 仿真币 472 ? 有关 天津波音复合材料公司的 咨询 ? 有关 天津波音复合材料公司的 咨询 ? 新手模拟隧道开挖的常用几种方法 ? 单元删除与刚度折减 ? 求教：ABAQUS在隧道荷载结构法模拟中荷载施加的问题 ? 复合材料体积模量 ? 复合材料板中超声波的模拟 ? ABAQUS的INP文件生成的问题 ? [讨论]纤维增强金属层压板cohesive分层模型（Fiber-Metal Laminate， FML） ? 纤维织物复合材料材料参数与材料方向定问题 1级会员 ? 发消息
回复 使用道具 举报 huaronglzs 2# 发表于 2010-8-28 11:51:44 | 只看该作者 建议先看看帮助文档，先进行模态分析，然后采用risk 评分 63 主题 189 帖子 2 积分 仿真币 191 1 查看全部评分 2级会员 ? 发消息 ?
zsq-w
点评回复 支持 反对 使用道具 举报 csuxzj 3# 发表于 2010-8-28 12:30:35 | 只看该作者 1 主题 23 帖子 0 积分 仿真币 8 1级会员 ? 发消息 下来看看，谢谢分享
点评回复 支持 反对 使用道具 举报 littlestudent 4# 发表于 2010-11-5 18:25:51 | 只看该作者 buckling分析不是很简单吗？关键在于后屈曲分析比较难 明启 4 主题 37 帖子 0 积分 仿真币 65 1级会员 ? 发消息
点评回复 支持 反对 使用道具 举报 ltjia 5# 发表于 2010-12-14 19:06:54 | 只看该作者 求riks法求解加筋板后屈曲的算例 0 主题 31 帖子 0 积分 仿真币 1 1级会员 ? 发消息
点评回复 支持 反对 使用道具 举报 duxuanheu 6# 发表于 2013-5-23 17:00:43 | 只看该作者 直接Buckle就可以了。 5 主题 37 帖子 0 积分 仿真币 96 1级会员 ? 发消息
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加筋板屈曲riks法分析实例 [复制链接]
1#
rhododendron
举报|字体大小:
发表于 2012-08-13 10:18 |只看楼主
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rhododendron
算例来源如下图所示：（对于这种沿着压载方向刚度均匀的结构来说，不能直接进行riks分析，必须先进行扰动分析）
先进行线性屈曲特征值分析，inp文件请查看附件，仅计算第一阶模态，模态的构型如下图所示：
? ? ? ?
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求得特征值为5.9655，施加的线压力载荷为100，故屈曲线压力载荷为596.55，总的屈曲力为32214，第一图文献1给出的屈曲载荷为29160，可见误差不大，可以接受。
在线性屈曲分析的基础上，进行riks后屈曲分析，inp文件请查看附件，分别引入初始缺陷为shell厚度的1%、10%、50100%进行比较，所得到的整理后的载荷比例因子—位移如下图所示：
可知：1）初始缺陷的引入对后屈曲行为有较大的影响；2）此壁板结构在初次屈曲失稳后仍可继续加载（如1%情况）且未出现负刚度。
buckling.rar (22.9 K, 下载次数:188)
BUCKLING-CAE.rar (113.38 K, 下载次数:203)
abaqus论文资料解析
