复合材料不只是几种材料的混合物。它具有普通材料所没有的一些特性。它在潮湿和高温环境，冲击，电化学腐蚀，雷电和电磁屏蔽环境中具有与普通材料不同的特性。 复合材料的结构形式包括层压板，三明治结构，微模型，编织预成型件等。 复合材料的结构和材料具有同一性，并且可以在结构形成时同时确定材料分布。它的性能与制造过程密切相关，但是制造过程很复杂。由于复合结构不同层的材料特性不同，复合结构在复杂载荷作用下的破坏模式和破坏准则是多种多样的。 在ABAQUS中，复合材料的分析方法如下 1，造型 它的结构形式决定了它的建模方法，并且可以使用基于连续体的壳单元和常规壳单元。复合材料被广泛使用，但是复合材料的建模是一个困难。铺设复杂的结构光需要一个月 2，材料
使用薄片类型（层材料）建立材料参数。材料参数可以工程参数的形式给出，或者材料强度数据可以通过子选项给出。这种材料仅使用平面应力问题。 ABAQUS可以通过两种方式定义层压板：复合截面定义和复合层压板定义 复合截面定义对每个区域使用相同的图层属性。这样，我们只需要建立壳体组合即可将截面属性分配给二维（在网格中定义的常规壳体元素）或三维（三维的大小应与壳体中给定的厚度一致）。基于网格中定义的连续体的壳单元） ABAQUS复合材料分析方法介绍 复合叠加定义是由复合布局管理器定义的，它主要用于在模型的不同区域中构造不同的层。因此，应在定义之前对区域进行划分，并且应将不同的层分配给不同的区域。可以根据常规外壳的元素和属性进行定义。 传统的壳单元定义了每个层的厚度，并将其分配给二维模型。应该给基于连续体的壳单元或实体单元提供3D模型（厚度是相对于单元长度的系数，因此厚度方向可以分为一层单元）。
四Abaqus在复合材料领域的优势 4.1 复合材料介绍 4.1.1 复合材料的应用 复合材料有许多特性： 1、制造工艺简单 2、比强度高，比刚度大 3、具有灵活的可设计性 4、耐腐蚀，对疲劳不敏感 5、热稳定性能、高温性能好 由于复合材料的上述优点，在航空航天、汽车、船舶等领域，都有广泛的应用。复合材料的大量应用对分析技术提出新的挑战。
4.1.2 复合材料的结构 复合材料是一种至少由两种材料混合而成的宏观材料，其中的一种材料被称作基体，其它的材料称作纤维。其中纤维可以包含很多不同的 形式：离散的宏观粒子，任意方向的短纤维，规则排列的纤维和织物。 4.1.3 典型的复合材料 1)单向纤维层合板----冲击分析
2)编织复合材料---- 挤压分析 3)蜂窝夹心复合材料----不可见冲击损伤分析
基体和纤维的存在形式以及材料属性对于复合材料的力学行为有 着很大的影响。改变纤维和基体的属性目的就是在于生成一种复合材料具有如下性质： 1）低成本：原型，大规模生产，零件合并，维修，技术成熟。 2）期望的重量：轻重量，比重分配合理。 3）改进的强度和刚度：高强度/高刚度比。 4）改进的表面属性：良好的耐腐蚀性，表面抛光性好。 5）期望的热属性：较低的热传导性，热膨胀系数较低。 6）独特的电属性：具有较高的绝缘强度，无磁性。 7）空间适应性：大部件，特殊的几何构型。 4.1.4 复合材料的有限元模拟 根据不同的分析目的，可以采用不同的复合材料模拟技术： 1）微观模拟：将纤维和基体都分别模拟为可变形连续体。 2）宏观模拟：将复合材料模拟为一个正交各向异性体或是完全各向
1,建立模型Part Module :类型三维，solid，旋转；按尺寸绘图，done,设置旋转角此处为360度。 2,建立参考面，将圆筒分成两半 3，Assembly Module :类型Independent 分区partition截面 4，Mesh module : 点击remove空二，选择cells消隐分区 X Select entities to remove: Cells Undo 撒种子时，需要分几层就在边缘上撒多少个种子，在每条边上尽量都撒相同数量的种子, 生成结构网格，生成的网格才比较规整。 （注意，此处的mesh,对象为assembly，而不是part） 生成网格后，Mesh: Create Mesh Part Module I- Mesh * Model：j Model-1 abject: * Awembly Part「 4,Job Module : Create Job,例如job-007-01，运行生成job-007-01.inp 文件，保存成007-01.cae 文件。 5,File: New打开新窗口
6,File: Import : Model 选择job-007-01.inp 打开 7,Mesh Module: Tools: Surface manager: create: by angle 定义surface 集合 Tools: Set manager: create: Element: by angle 定义Element 集合 用以下三个命令操作，选择恰当的面。 丄i Select the Entity Closest to the Screen, ---- Select From Exterior En tities '包i 一 J Select From Interior Entities （左键点击第二个图标不放拖出即可） 注：定义Element集合时，可以从外到内，定以一层后，在display中--- -:把定义的那层remove掉再定义下面一层。 8,Mesh: Edit :Mesh : Mesh Offset （create solid layers）: Surfaces （选择相应的面）：Total thickness定义厚度，生成cohesive单元，把其之前定义的几层surface，都生成cohesive单丿元。 9，Mesh: Element type :对cohesive 单元，Family 选择Cohesive，对其他单元，Family 选择3D Stress；对于静态运算，Element Library选择Standard,对于动态（显式）运算，Element Library 选择Explicit。 10，Property: Create Material: jiti （材料名字）：Mechanical : Elastic: Type: Isotropic =tdrt Matetial 邑 M＜）terial-jiti Description; NLrnnb?r of field v-arid4）l?:0 ' Moduli tme scale [forvi&ctwlKlicrty^ Long-term No compr-eision 3 Nc Datia Voungi'i P鈕1刖n1* 1 4D0C Create Material: xianwei （材料名字）：Mechanical : Elastic : Type : Isotropic
复合材料模型建模与分析 1. Cohesive单元建模方法 1.1 几何模型 使用内聚力模型（cohesive zone）模拟裂纹的产生和扩展，需要在预计产生裂纹的区域加入cohesive层。建立cohesive层的方法主要有： 方法一、建立完整的结构（如图1（a）所示），然后在上面切割出一个薄层来模拟cohesive 单元，用这种方法建立的cohesive单元与其他单元公用节点，并以此传递力和位移。 方法二、分别建立cohesive层和其他结构部件的实体模型，通过“tie”绑定约束，使得cohesive单元两侧的单元位移和应力协调，如图1（b）所示。 （a）cohesive单元与其他单元公用节点（b）独立的网格通过“tie”绑定 图1.建模方法 上述两种方法都可以用来模拟复合材料的分层失效，第一种方法划分网格比较复杂；第二种方法赋材料属性简单，划分网格也方便，但是装配及“tie”很繁琐；因此在实际建模中我们应根据实际结构选取较简单的方法。 1.2 材料属性 应用cohesive单元模拟复合材料失效，包括两种模型：一种是基于traction-separation 描述；另一种是基于连续体描述。其中基于traction-separation描述的方法应用更加广泛。 而在基于traction-separation描述的方法中，最常用的本构模型为图2所示的双线性本构模型。它给出了材料达到强度极限前的线弹性段和材料达到强度极限后的刚度线性降低软化阶段。注意图中纵坐标为应力，而横坐标为位移，因此线弹性段的斜率代表的实际是cohesive单元的刚度。曲线下的面积即为材料断裂时的能量释放率。因此在定义cohesive的力学性能时，实际就是要确定上述本构模型的具体形状：包括刚度、极限强度、以及临界断裂能量释放率，或者最终失效时单元的位移。常用的定义方法是给定上述参数中的前三项，也就确定了cohesive的本构模型。Cohesive单元可理解为一种准二维单元，可以将它看作被一个厚度隔开的两个面，这两个面分别和其他实体单元连接。Cohesive单元只考虑面外的力，包括法向的正应力以及XZ，YZ两个方向的剪应力。 下文对cohesive单元的参数进行阐述，并介绍参数的选择方法。
纤维增强材料的累积损伤与失效：Abaqus拥有纤维增强材料的各向异性损伤的建模功能（纤维增强材料的损伤与失效概论，19.3.1节）。假设未损伤材料为线弹性材料。因为该材料在损伤的初始阶段没有大量的塑性变形，所以用来预测纤维增强材料的损伤行为。Hashin标准最开始用来预测损伤的产生，而损伤演化规律基于损伤过程和线性材料软化过程中的能量耗散理论。 另外，Abaqus也提供混凝土损伤模型，动态失效模型和在粘着单元以及连接单元中进行损伤与失效建模的专业功能。 本章节给出了累积损伤与失效的概论和损伤产生与演变规律的概念简介，并且仅限于塑性金属材料和纤维增强材料的损伤模型。 损伤与失效模型的通用框架 Abaqus提供材料失效模型的通用建模框架，其中允许同一种的材料应用多种失效机制。材料失效就是由材料刚度的逐渐减弱而引起的材料承担载荷的能力完全丧失。刚度逐渐减弱的过程采用损伤力学建模。 为了更好的了解Abaqus中失效建模的功能，考虑简单拉伸测试中的典型金属样品的变形。如图19.1.1-1中所示，应力应变图显示出明确的划分阶段。材料变形的初始阶段是线弹性变形（a-b段），之后随着应变的加强，材料进入塑性屈
服阶段（b-c段）。超过c点后，材料的承载能力显著下降直到断裂（c-d段）。最后阶段的变形仅发生在样品变窄的区域。C点表明材料损伤的开始，也被称为损伤开始的标准。超过这一点之后，应力-应变曲线（c-d）由局部变形区域刚度减弱进展决定。根据损伤力学可知，曲线c-d可以看成曲线c-d‘的衰减，曲线c-d‘是在没有损伤的情况下，材料应该遵循的应力-应变规律曲线。 图19.1.1-1 金属样品典型的轴向应力-应变曲线 因此，在Abaqus中失效机制的详细说明里包括四个明显的部分： ●材料无损伤阶段的定义（如图19.1.1-1中曲线a-b-c-d‘） ●损伤开始的标准（如图19.1.1-1中c点） ●损伤发展演变的规律（如图19.1.1-1中曲线c-d） ●单元的选择性删除，因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除 （如图19.1.1-1中的d点）。 关于这几部分的内容，我们会对金属塑性材料（金属塑性材料的损伤与失效概论，19.2.1节）和纤维增强材料（纤维增强符合材料的损伤与失效概论，19.3.1节）进行分开讨论。
复合材料层合板强度计算现状 作者：李炳田 1．简介 复合材料是指由两种或者两种以上不同性能的材料在宏观尺度上组成的多相材料。一般复合材料的性能优于其组分材料的性能，它改善了组分材料的刚度、强度、热学等性能。复合材料从应用的性质可分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能，例如:导电复合材料，它是用聚合物与各种导电物质通过分散、层压或通过表面导 电膜等方法构成的复合材料；烧灼复合材料，它由各种无机纤维增强树脂或非金属基体构成，可用于高速飞行器头部热防护；摩阻复合材料，它是用石棉等纤维和树脂制成的有较高摩擦系数的复合材料，应用于航空器、汽车等运转部件的制动。功能复合材料由于其涉及的学科比较广泛，已不是单纯的力学问题，需要借助电磁学，化学工艺、功能学等众多学科的研究方法来研究。结构复合材料一般由基体料和增强材料复合而成。基体材料主要是各种树脂或金属材料；增强材料一般采用各种纤维和颗粒等材料。其中增强材料在复合材料中起主要作用，用来提供刚度和强度，而基体材料用来支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷。结构复合材料在工农业及人们的日常生活中得到广泛的应用，也是复合材料力学研究的主要对象，是固体力学学科中一个新的分支。在结构复合材料中按增强材料的几何形状及结构形式又可划分为以下三类： 1．颗粒增强复合材料，它由基体材料和悬浮在基体材料中的一种或多种金属或非金属颗 粒材料组合而成。 2．纤维增强复合材料，它由纤维和基体两种组分材料组成。按照纤维的不同种类和形状 又可划分定义多种复合材料。图1.1为长纤维复合材料的主要形式。 图1.1 3．复合材料层合板，它由以上两种复合材料的形式组成的单层板，以不同的方式叠合在 一起形成层合板。层合板是目前复合材料实际应用的主要形式。本论文的主要研究对象就是长纤维增强复合材料层合板的强度问题。长纤维复合材料层合板主要形式如图1.2所示。 图1.2 一般来说，强度是指材料在承载时抵抗破坏的能力。对于各向同性材料，在各个方向上强度均相等，即强度没有方向性，常用极限应力来表示材料的强度。对于复合材料，其强度的显著的特点是具有方向性。因此复合材料单层板的基本强度指标主要有沿铺层主方向（即纤维方向）的拉伸强度Xt和压缩强度Xc；垂直于铺层主方向的拉伸强度Yt和压缩强度Yc以及平面内剪切强度S等5个强度指标。对于复合材料层合板而言，由于它是由若干个单层
复合材料力学上机编程作业 学院：School of Civil Engineering专业：Engineering Mechanics 小组成员信息：James Wilson（2012031890015）、Tau Young（2012031890011）复合材料力学学了五个星期，这是这门课的第一次编程作业。我和杨涛结成一个小组，我用的是Fortran编制的程序，Tau Young用的是matlab编制。其中的算例以我的Fortran计算结果为准。Matlab作为可视化界面有其独到之处，在附录2中将会有所展示。 作业的内容是层合板的刚度的计算和验算，包括拉伸刚度A、弯曲刚度D以及耦合刚度B。 首先要给定层合板的各个参数，具体有：层合板的层数N；各单层的弹性常数 E1、E2、υ21、G12；各单层 对应的厚度；各单层对应的主方向夹角θ。然后就要计算每个单层板的二维刚度矩阵Q，具体公式如下： υ12=υ21E2 E1；Q11=E11-υ12υ21；Q22=E21-υ12υ21；Q12=υ12E1； 1-υ12υ21Q66=G12 得到Q矩阵后，根据课本上讲到的Q=(T-1)TQ(T-1)得到Q。 然后根据z坐标的定义求出z0到zn，接下来，最重要的一步，根据下式计算A、B、D。 n??Aij=∑(Qij)k(zk-zk-1) k=1??1n22?Bij=∑(Qij)k(zk-zk-1) 2k=1??1n33?Dij=∑(Qij)k(zk-zk-1)3k=1? 一、书上P110的几个问题可以归纳为以下几个类型。
第 1 页共 1 页 （4）6层反对称角铺设层合板（T5-10）第 2 页共 2 页
一、定义材料的刚度矩阵 从弹性力学理论可以知道,各向异性材料的刚度矩阵由于有对称性，刚度系数有最初的36个减少到21个，如下图： 在实际应用中，大多数工程材料都有对称的内部结构，因此材料具有弹性对称性，这种对称性可以进一步简化上述的刚度矩阵。 1、有一个弹性对称面的材料（如结晶学中的单斜体） 例如取x-y平面为对称面，则D1112= D1113= D2212= D2213= D3312= D3313= D1223= D1323=0，刚度系数又减少8个，剩下13个。 2、有两个正交（相互垂直）弹性对称面的材料 例如进一步取x-z平面为对称面，则D1123= D2223= D3323= D1213=0，刚度系数又减少4个，剩下9个，如下图： 在Abaqus编辑材料中进行个刚度系数的设定。
3、有三个正交弹性对称面的材料 如果材料有三个相互垂直的弹性对称面，没有新的刚度系数为零，也只有9个。 4、横观各项同性材料 若经过弹性体材料一轴线，在垂直该轴线的平面内，各点的弹性性能在各方向上都相同，我们称此材料横观各向同性材料，如单向复合材料。对于这种材料最终的刚度系数只剩下D1111，D1122，D1133，D3333，D1212五项，其余各项均为零。在复合材料中，经常遇到正交各项异性和横观各项同性两种材料。 二、定义材料工程弹性常数 通过指定工程弹性常数定义线弹性正交各向异性材料是最便捷的一种方法，根据复合材料力学理论，用工程弹性常数表示的柔度矩阵表示如下：
其中，γij/Ei=γji/Ej，所以用9个独立弹性常数可以表征材料属性，即三个材料主 方向上的弹性模量E1，E2，E3，三个泊松比γ12，γ13，γ23，三个平面内的剪切弹性模量G12，G13，G23。 例如测得复合材料一组材料数据为：E1=39GPa，E2=8.4GPa，E3=5.2GPa，γ12=0.26，γ13=0.3，γ23=0.28，G12=4.2GPa，G13=3.6GPa，G23=2.4GPa （随便给出的）。在Abaqus编辑材料对话框中输入对应数据，完成正交各向异性材料的定义。 对于横观各向同性材料，E1=E2，γ13=γ23，γ31=γ32，G13=G23，弹性常数
基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析 由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀，电绝缘及透微波等优点，目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。工程中广泛使用的这些薄壁圆筒，当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时，最常见的失效模式为屈曲。因此，为了保证结构的安全，需要进行屈曲分析。 对结构进行屈曲分析，涉及到较复杂的弹(塑)性理论和数学计算，要通过求解高阶偏微分方程组，才能求解失稳临界荷载，而且只有少数简单结构才能求得精确的解析解。因此，只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。近20年来，随着计算机和有限元方法的迅猛发展，形成了许多的实用分析程序，提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。ABAQUS 就是其中的杰出代表。 1.屈曲有限元理论 有限元方法中，对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类：一类是通过特征值分析计算屈曲载荷，另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向，追踪失稳路径的几何非线性分析方法，能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。 1.1线性屈曲 假设结构受到的外载荷模式为。，幅值大小为，结构内力为Q，则静力平衡方程应为 进一步考察结构在载荷作用下的平衡方程，得到 由于结构达到保持稳定的临界载荷时有，代入上式得 该方程对应的特征值问题为 如果忽略几何刚度增量的影响，屈曲分析的方程又可进一步简化为 该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。为屈曲失稳载荷因子，为结构失稳形态的特征向量。
1.2非线性屈曲 非线性屈曲分析方法多采用弧长法进行分步迭代计算，在增量非线性有限元分析中，沿着平衡路径迭代位移增量的大小(也叫弧长)和方向，确定载荷增量的自动加载方案，可用于高度非线性的屈曲失稳问题。与提取特征值的线性屈曲分析相比，弧长法不仅考虑刚度奇异的失稳点附近的平衡，而且通过追踪整个失稳过程中实际的载荷、位移关系，获得结构失稳前后的全部信息，适合于高度非线性的屈曲失稳问题。 2.ABAQUS的线性屈曲分析 ABAQUS中提供两种分析方法来确定结构的临界荷载和结构发生屈曲响应的特征形状：线性屈曲分析(特征值屈曲分析)、非线性屈曲分析。 线性屈曲分析用于预测一个理想的弹性结构的理论屈曲强度。它是预期的线性屈曲荷载的上限，可以作为非线性屈曲分析的给定荷载，在渐进加载达到此荷载前，非线性求解必然发散；它还可以作为施加初始缺陷或扰动荷载的依据。所以预先进行特征值屈曲分析有助于非线性屈曲分析，进行特征值屈曲分析是必要的。 3.算例 3.1问题概述 图3-1 实例模型 如图所示两端开口的复合材料薄壁圆筒，底端固支，顶端作用有均匀分布的轴压边载。半径R=152mm，高度300mm，厚度t=0.804mm，对称铺层[±45,0]s，
复合材料力学课程设计 一、 层合板失效载荷计算 1、 问题描述： 已知：九层层合板，正交铺设，铺设比为0.2m =。受载荷x N N =，其余载荷均为零。每个单层厚度为0.2t mm =。玻璃/环氧单层板性能：41 5.4010E Mpa =?， 42 1.8010E Mpa =?，120.25ν=，3128.8010G Mpa =?，31.0510t c X X Mpa ==?， 2.810t Y Mpa =?，14.010c Y Mpa =?， 4.210S Mpa =?。 求解：1、计算各铺层应力？ 2、最先一层失效的载荷？ 2、 使用mat lab 编程求解： 将输入文件“input.txt ”经由程序“strain.m ”运行，得到输出文件“output.txt ”。求解程序见附录一。 3、计算结果：（其中R 是强度比） 求单层刚度 Q1: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q2: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q3: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000
0.00000 0.00000 8800.00000 Q4: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q5: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q6: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q7: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q8: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q9: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 求中面应变 Ez: 0.0306235*R -0.00290497*R
复合材料模型建模与分析 1．Cohesive单元建模方法 1.1 几何模型 使用内聚力模型（cohesive zone）模拟裂纹的产生和扩展，需要在预计产生裂纹的区域加入cohesive层。建立cohesive层的方法主要有： 方法一、建立完整的结构（如图1（a）所示），然后在上面切割出一个薄层来模拟cohesive 单元，用这种方法建立的cohesive单元与其他单元公用节点，并以此传递力和位移。 方法二、分别建立cohesive层和其他结构部件的实体模型，通过“tie”绑定约束，使得cohesive单元两侧的单元位移和应力协调，如图1（b）所示。 （a）cohesive单元与其他单元公用节点（b）独立的网格通过“tie”绑定 图1.建模方法 上述两种方法都可以用来模拟复合材料的分层失效，第一种方法划分网格比较复杂；第二种方法赋材料属性简单，划分网格也方便，但是装配及“tie”很繁琐；因此在实际建模中我们应根据实际结构选取较简单的方法。 1.2 材料属性 应用cohesive单元模拟复合材料失效，包括两种模型：一种是基于traction-separation描述；另一种是基于连续体描述。其中基于traction-separation描述的方法应用更加广泛。 而在基于traction-separation描述的方法中，最常用的本构模型为图2所示的双线性本构模型。它给出了材料达到强度极限前的线弹性段和材料达到强度极限后的刚度线性降低软化阶段。注意图中纵坐标为应力，而横坐标为位移，因此线弹性段的斜率代表的实际是cohesive单元的刚度。曲线下的面积即为材料断裂时的能量释放率。因此在定义cohesive 的力学性能时，实际就是要确定上述本构模型的具体形状：包括刚度、极限强度、以及临界断裂能量释放率，或者最终失效时单元的位移。常用的定义方法是给定上述参数中的前三项，也就确定了cohesive的本构模型。Cohesive单元可理解为一种准二维单元，可以将它看作被一个厚度隔开的两个面，这两个面分别和其他实体单元连接。Cohesive单元只考虑面外的力，包括法向的正应力以及XZ，YZ两个方向的剪应力。 下文对cohesive单元的参数进行阐述，并介绍参数的选择方法。
复合材料Abaqus仿真分析——精讲版 本文以一个非常简单的复合材料层合板为例，应用Abaqus/CAE对其进行线性静态分析。一块边长为254mm的方形两层层合板，两层厚度均为2.54mm，第一层铺层角45°,第二层铺层角-45°；板的四边完全固支，板的上表面受到689.4kpa的压强。各单层的材料相同，材料属性如下： E1=276GPa，E2=6.9GPa，E3=5.2GPa，γ12=0.25，G12=3.4GPa，G13=3.4GPa，G23=3.4G。 定义模型的几何形状 创建一个具有平面壳体单元基本特征的三维变形体，在草图环境绘制板的几何形状如下图：
定义材料属性和局部材料方向 Create coordinate system
定义局部坐标系，对于像本例这样的简单几何体，本可以不用另外建立局部坐标系，但笔者还是在本例中用了局部坐标系，主要是考虑到以后再复杂问题中会经常用到这一方法。 创建铺层 或者使用菜单栏
此处使用全局坐标系
使用用户自定义坐标系 Rotation angle depends on the coordinate system defined by user. Par example, if x-axe in the user defined system is parallel to the direction of fiber; we should replace the angles by 0 and 90. 使用全局坐标系和局部坐标系的区别在下面这一步可以查看 如果使用全局坐标系，会有方向指示，如果使用用户自定义坐标系，在层中没有方向指示可以通过’工具——查询’来检查铺层（Tool ---- Q uery----ply stack plot） Case 1 全局坐标系
Abaqus中复合材料弹性属性的设定 (2010-06-18 15:45:53) 转载▼ 分类：CAE 标签： 杂谈 一、定义材料的刚度矩阵 从弹性力学理论可以知道,各向异性材料的刚度矩阵由于有对称性，刚度系数有最初的36个减少到21个，如下图： 在实际应用中，大多数工程材料都有对称的内部结构，因此材料具有弹性对称性，这种对称性可以进一步简化上述的刚度矩阵。 1、有一个弹性对称面的材料（如结晶学中的单斜体） 例如取x-y平面为对称面，则D1112= D1113= D2212= D2213= D3312= D3313= D1223= D1323=0，刚度系数又减少8个，剩下13个。 2、有两个正交（相互垂直）弹性对称面的材料 例如进一步取x-z平面为对称面，则D1123= D2223= D3323= D1213=0，刚度系数又减少4个，剩下9个，如下图：
在Abaqus编辑材料中进行个刚度系数的设定。 3、有三个正交弹性对称面的材料 如果材料有三个相互垂直的弹性对称面，没有新的刚度系数为零，也只有9个。 4、横观各项同性材料 若经过弹性体材料一轴线，在垂直该轴线的平面内，各点的弹性性能在各方向上都相同，我们称此材料横观各向同性材料，如单向复合材料。对于这种材料最终的刚度系数只剩下D1111，D1122，D1133，D3333，D1212五项，其余各项均为零。 在复合材料中，经常遇到正交各项异性和横观各项同性两种材料。 二、定义材料工程弹性常数 通过指定工程弹性常数定义线弹性正交各向异性材料是最便捷的一种方法，根据复合材料力学理论，用工程弹性常数表示的柔度矩阵表示如下：
ABAQUS软件公司和产品应用介绍 一、ABAQUS软件公司的发展历程 1972年，ABAQUS的首要创始人David Hibbitt在布朗大学完成了Ph.D.论文，论文的一部分为基于有限元方法的计算力学内容。这期间，他和他的导师创建了一个公司，产品为他们开发的有限元软件MARC。此后，ABAQUS的另外一个创始人Paul Sorensen也加入了MARC，但之后回到布朗大学继续攻读Ph.D学位。ABAQUS的另外一个创始人Dr. Bengt Karlsson曾经是Control Data公司的分析工程师，由于工作的关系，他逐步对当时各种有限元程序加以熟悉并产生浓厚兴趣。1976年，他从欧洲来到美国和Hibbitt一同在MARC工作。 作为MARC的总工程师，Hibbitt越发意识到工业界对有限元软件有一种强烈的需求，将会成为工程师的日常工具，逐步取代传统的实验做法，但这要求对现有的程序进行大幅度修改，使之能够处理更大规模的模型，计算的可靠性和精度更高。他建议导师重写MARC的内核来适应工业领域的要求，但是他的导师当时不愿意进行这样的一笔投资。1977年，Hibbitt离开MARC开始从头编写ABAQUS。Karlsson很快加入了他。之后，已经从布朗大学博士毕业正在通用汽车公司工作的Sorensen也加入了他们的行列。Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc., (HKS) 公司于1978年2月1日正式成立。三个力学专家开始了一个强大工程分析工具的发展历程。 HKS的第一个客户是Westinghouse Hanford公司，它在华盛顿州从事核反应堆方面的开发工作。Westinghouse Hanford需要进行复杂的分析，包括核燃料棒的接触、蠕变和松弛等问题。ABAQUS可以进行温度相关的蠕变、塑性以及接触建模体现了其优势，很快ABAQUS在核工业领域小有名气。 ABAQUS早期的应用还包括石油、军工等其它领域。随着软件功能的不断强大，汽车公司在80年代中期开始采用ABAQUS作为复杂工程模拟的工具。此后ABAQUS的研发一直是和重要工业客户一起合作进行的，这些客户碰到的力学难题，双方会一起参与来设法解决，同时不断丰富ABAQUS本身的功能。今天，ABAQUS已经被应用于各个工业领域作为核心产品的研发工具，对它求解能力的强大性和灵活性的赞誉不绝于耳。 2002年底HKS公司改名为ABAQUS公司，全部业务都是进行ABAQUS软件的开发与维护。近年来公司始终保持两位数增长，2007年增长17%，2008年增长18%。目前ABAQUS全球有800名雇员，在北美、欧洲、亚太地区有40个分公司或代表处。在总部的400多名雇员中有200多人具有工程或计算机的博士学位，70多人具有硕士学位。被公认为世界上最大且最优秀的非线性固体力学研究团体。 二、ABAQUS软件的发展历程 ABAQUS最早的产品为ABAQUS/Standard。ABAQUS/Standard是一个通用
复合材料不仅仅是几种材料的混合物。它有一些普通材料所没有的特性。它在潮湿和高温环境、冲击、电化学腐蚀、雷电和电磁屏蔽环境中具有不同于普通材料的特性。 复合材料的结构形式包括层板、夹层结构、微模型、机织预制件等。 复合材料的结构和材料是相同的，并且在结构形成时可以同时确定材料的分布。它的性能与制造过程密切相关，但制造过程非常复杂。由于复合材料结构不同层的材料性能不同，复合材料结构在复杂荷载作用下的破坏模式和破坏准则也各不相同。 在ABAQUS中，复合材料的分析方法如下 1建模 其结构形式决定了其建模方法，可以采用基于连续介质的壳单元和常规壳单元。复合材料应用广泛，但复合材料的建模是一个难点。制作复杂的结构光需要一个月的时间2材料 使用“图纸类型”（图层材质）来建立材质参数。材料参数可以以工程参数的形式给出，也可以通过子选项给出材料强度数据。这种材料只使用平面应力问题。
ABAQUS可以用两种方式定义层压板：复合材料截面定义和复合材料层压板定义复合剖面定义对每个区域使用相同的图层特性。这样，我们只需要创建一个壳组合，将截面属性指定给二维（在网格中定义的常规壳元素）或三维（三维的大小应与壳中给定的厚度一致）。基于网格中定义的连续体的壳单元） ABAQUS复合分析方法简介 复合覆盖定义由复合布局管理器定义，主要用于在模型的不同区域构造不同的层。因此，在定义之前应该先划分区域，并将不同的层分配给不同的区域。它可以根据常规shell的元素和属性进行定义。 传统的壳单元定义每个层的厚度并将其分配给二维模型。根据单元的厚度可以将单元划分为三维单元的厚度方向。 提示：堆栈参考坐标系（放置方向）的定义和每个堆栈坐标系（图层方向）的定义。定义正确的图层角度、图层厚度和图层顺序。ABAQUS无法分析单个层的法向变化超过
复合材料结构设计的专用软件ESAComp 作者：MarkkuPalanters 简介：复合材料层合板的设计过程存在着同传统金属结构设计不同的阶段。例如，复合材料的结构设计有许多种可能的材料组合，而且，材料的各向异性力学行为在设计阶段是能通过选择特定的纤维方向和叠层次序就确定了的。虽然有限元程序能够用来对复合材料进行分析，但是却不能够涵盖所有涉及复合材料具体设计和分析方面。因此，还需要专业化的复合材料设计工具来对复合材料进行设计。一些比较先进的设计工具，如本文中涉及的ESAComp软件，同有限元软件包结合起来，组成了复合材料结构设计过程的整个部分。关键词：复合材料，复合材料结构，层合板，夹层结构，分析，设计，软件，ESAComp 1. 复合材料的设计需要软件工具 在很多方面，复合材料的结构设计同金属材料的结构设计都存在着差异。在设计阶段纤维增强复合材料结构和夹层结构的力学性能就已经被确定下来。通过选择不同的材料、铺层角和叠层次序可以无限设计出具有不同力学性能特征的复合材料来。要充分利用复合材料优异的比刚度、比强度就需要非常强调复合材料的设计工作。 通过使用各向异性壳单元，所有的主流有限元软件对复合材料结构分析都提供了很大的帮助。但是，在复合材料的初始设计阶段对整个结构进行有限元分析的起始准备工作，包括材料种类的选择、层合和夹层结构的设计以及层合板铺层方式设计，有限元软件的实用性不大。当在层合板结构的不同层的级别上来对复合材料行为进行细节研究时，有限元软件包提供的后处理能力尤其有限。这也再次说明了专业复合材料分析工具的必要性。 从文件输入\输出的内部代码方式到电子数据表格的应用和完全交互式视窗程序，许多的软件工具被开发出来对层合板进行分析。当前一些比较高级的软件工具已经从基本的层合板分析发展到了对类似梁、板和夹层面板中复合材料层板的连接等这样的结构单元进行分析。一些层合板分析工具可以为商用的有限元软件提供界面。 本篇文章的基础是在开发ESAComp软件过程中获得的经验。接下来的章节中，将ESAComp软件作为先进复合材料设计软件中的一个典型，对其所具有的设计能力进行介绍。并在最后部分讨论了复合材料设计工具同有限元程序的系统问题。
目录 复合材料细观力学 (1) 简支层合板的自由振动 (9) 不同条件下对称层合板的弯曲分析 (14)
复合材料细观力学 ——混凝土细观力学 一、研究背景 复合材料细观力学 复合材料细观力学是20世纪力学领域重要的科学研究成果之一，是连续介质力学和材料科学相互衍生形成的新兴学科。 近20年来，我国科技工作者应用材料细观力学的理论和方法，成功研究了许多复合材料的增强，断裂和破坏问题，给出了一些特色和有价值的研究成果。 混凝土细观力学 混凝土作为一种重要的建筑材料已有百余年的历史，它广泛应用于房屋、桥梁、道路、矿井、及军工等诸多方面。在水工建筑方面，混凝土也被大量使用，特别是大体积混凝土，它是重力坝和拱坝的主要组成部分，对混凝土各项力学性能的准确把握及应用，在一定程度上决定了水工建筑物的质量和安全性能。 二、研究目的 长期以来，在混凝土应用的各个领域里，人们对混凝土的力学特性进行了大量的研究。如何充分的利用混凝土的力学性能，建造出更经济、更安全和更合理的建筑物或工程结构，一直都是结构工程设计领域研究的重要课题。 三、研究现状 混凝土是由粗骨料和水泥砂浆组成的非均质材料，它的力学性能
受到材料的品质、组分、施工工艺和使用条件等因素的影响。过去，人们对混凝土力学性能的研究很大程度上是依靠实验来确定的。随着实验技术的发展，混凝土各种力学性能被揭示出来。但由于实验需要花费大量的人力、物力和财力，而且所得到的实验成果往往由于实验条件的限制也是很有限的。 现代科学的一个重要的思维方式与研究方法就是层次方法，在对客观世界的研究中，当停留在某一层次，许多问题无法解决时，深入到下一个层次，问题就会迎刃而解。 对混凝土断裂问题的研究归纳为如下四个研究层次： 1)宏观层次：混凝土这种非均质材料存在着一个特征体积，经验的 特征体积相应于3～4倍的最大骨料体积。当混凝土体积大于这种特征体积时，材料被假定为均质的，当小于这种特征体积时，材料的非均质性将会十分明显。有限元计算结果反映了一定体积内的平均效应，这个特征体积的平均应力和平均应变称之谓宏观应力和宏观应变。 2)细观层次：在这个层次中，混凝土被认为是一种由骨料、砂浆和 它们之间的粘结带组成的三相非均质复合材料，细观内部裂隙的发展将直接影响混凝土的宏观力学性。细观层次的模型一般是毫米或厘米量级。 3)微观层次：在这个层次上，认为砂浆的非均质性是由浆体中的孔 隙所产生的。由于砂浆中孔隙很小而且量多，随机分布，水泥砂
复合材料层合板强度计算现状 1．简介 复合材料是指由两种或者两种以上不同性能的材料在宏观尺度上组成的多相材料。一般复合材料的性能优于其组分材料的性能，它改善了组分材料的刚度、强度、热学等性能。复合材料从应用的性质可分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能，例如:导电复合材料，它是用聚合物与各种导电物质通过分散、层压或通过表面导电膜等方法构成的复合材料；烧灼复合材料，它由各种无机纤维增强树脂或非金属基体构成，可用于高速飞行器头部热防护；摩阻复合材料，它是用石棉等纤维和树脂制成的有较高摩擦系数的复合材料，应用于航空器、汽车等运转部件的制动。功能复合材料由于其涉及的学科比较广泛，已不是单纯的力学问题，需要借助电磁学，化学工艺、功能学等众多学科的研究方法来研究。结构复合材料一般由基体料和增强材料复合而成。基体材料主要是各种树脂或金属材料；增强材料一般采用各种纤维和颗粒等材料。其中增强材料在复合材料中起主要作用，用来提供刚度和强度，而基体材料用来支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷。结构复合材料在工农业及人们的日常生活中得到广泛的应用，也是复合材料力学研究的主要对象，是固体力学学科中一个新的分支。在结构复合材料中按增强材料的几何形状及结构形式又可划分为以下三类： 1．颗粒增强复合材料，它由基体材料和悬浮在基体材料中的一种或多种金属或非金属颗粒材料组合而成。 2．纤维增强复合材料，它由纤维和基体两种组分材料组成。按照纤维的不同种类和形状又可划分定义多种复合材料。图1.1为长纤维复合材料的主要形式。 图1.1
3．复合材料层合板，它由以上两种复合材料的形式组成的单层板，以不同的方式叠合在一起形成层合板。层合板是目前复合材料实际应用的主要形式。本论文的主要研究对象就是长纤维增强复合材料层合板的强度问题。长纤维复合材料层合板主要形式如图1.2所示。 图1.2 一般来说，强度是指材料在承载时抵抗破坏的能力。对于各向同性材料，在各个方向上强度均相等，即强度没有方向性，常用极限应力来表示材料的强度。对于复合材料，其强度的显著的特点是具有方向性。因此复合材料单层板的基本强度指标主要有沿铺层主方向（即纤维方向）的拉伸强度Xt和压缩强度Xc；垂直于铺层主方向的拉伸强度Yt和压缩强度Yc以及平面内剪切强度S等5个强度指标。对于复合材料层合板而言，由于它是由若干个单层板粘合在一起而形成的，而单向复合材料又是正交各向异性材料，层合板的各个铺层的纤维排列方式不相同，可能导致因为受力作用所产生各铺层的变形不一致，因此，其如何决定其最终强度就是一个非常复杂的问题。 复合材料层合板的强度是应用复合材料时所必须研究的关键性问题之一，如何确定其强度是进行复合材料结构设计所必需解决的一个基本问题，是安全可靠合理经济地使用复合材料的基础之一，因此对于复合材料强度的研究是复合材料领域内最早受到重视并开展研究较为广泛的一个基础性工作。但是相对于各向同性材料来说，复合材料，特别是层合板的复合材料的强度研究要困难的多。原因在于影响其强度的因素很多，而其破坏形式又很复杂，实验数据较为分散。同传统的单相材料相比，复合材料强度问题的复杂性在于： (1) 细观结构受力的复杂性。从承受和传递应力系统的角度来看，复合材料可以视为一个“结构”，即由两类“元件”纤维与基体所构成的结构。因此，复合材料的破坏与组分材料的破坏特性有关。一般地说，纤维是刚硬的、弹性和脆
复合材料层合板建模共有3种方法，分别为： 1. Conventional shell composite layups 2. Continuum shell composite layups 3. Solid composite layups 3种不同方法的具体介绍请参考Abaqus/CAE User’s Manual 12.13 Creating and editing composite layups 1. 采用conventional shell element 建立composite layups 1.1建立part-1，Creat Part: 3D, Deformable, Shell 1.2 建立Material-1，Mechanical: Elasticity: Elastic: Type=Lamina,在data中输入材料参数：E1=25.0E6 E2=1.0E6 Nu12=0.25 G12=0.5e6 G13=0.5E6 G23=0.2E6
1.3 建立Composite Layup, Composite Layup Manager: Create: Initial ply count=4 Element Type=Conventional Shell, 生成4层的具体数据如下图所示 1.4 生成Instance, Create Instance: Parts=Part-1 Instance Type=Independent: OK
1.5 生成Step, Create Step: Procedure type=Static, General: Basic: Nlgeom=off 1.6 建立Load, Create Load: Step=Step-1 Mechanical=Concentrated force: CF1=1000