一、復(fù)合材料特性

???????復(fù)合材料是由有機(jī)高分子、無(wú)機(jī)非金屬或金屬等幾類不同材料通過(guò)復(fù)合工藝組合而成的新型材料，它既能保留原組分材料的主要特色，又通過(guò)復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能?？梢酝ㄟ^(guò)材料設(shè)計(jì)使各組分的性能互相補(bǔ)充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得新的優(yōu)越性能，與一般材料的簡(jiǎn)單混合有本質(zhì)的區(qū)別。復(fù)合材料是在結(jié)構(gòu)成形的同時(shí)形成的，因此，材料性能依賴于成形工藝，材料許用值與結(jié)構(gòu)成形工藝密切相關(guān)，同時(shí)，所用材料/工藝的任何變化都有可能對(duì)結(jié)構(gòu)性能帶來(lái)變化。

????1.制造工藝簡(jiǎn)單

? ??3.? ??5.??? 由于復(fù)合材料的上述優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域，都有廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，復(fù)合材料的大量應(yīng)用對(duì)分析技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。

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利用有限元技術(shù)分析復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)：

采用傳統(tǒng)計(jì)（等剛度、等強(qiáng)度）、準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)方法，復(fù)合材料的優(yōu)異性能難以充分發(fā)揮

? ??3.有限元分析軟件，均把增強(qiáng)材料和基體復(fù)合在一起，討論結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)行為，因此可以忽略復(fù)合材料的多相性導(dǎo)致的微觀力學(xué)行為，以每一鋪層為分析單元

? ??二、復(fù)合材料計(jì)算方法和分析能力

學(xué)分析方法

????從材料是均勻的假定出發(fā)，只從復(fù)合材料平均表觀性能檢驗(yàn)組分材料的作用來(lái)研究復(fù)合材料的宏觀力學(xué)性能。它把單向板看成均勻的各向異性材料，不考慮纖維與基體的具體區(qū)別，用其平均性能來(lái)表示單層材料的剛度和強(qiáng)度特性?？梢员容^容易地分析單層和疊層材料的各力學(xué)性質(zhì)。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)分析方法

????它從更粗略的角度，把疊層材料作為分析的起點(diǎn)，來(lái)分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。它借鑒現(xiàn)有均勻各向同性材料結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析方法，對(duì)各種形狀的結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行分析。

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三、ABAQUS中復(fù)合材料的建模技術(shù)

Abaqus/CAE中復(fù)合材料的前處理建模主要采用Composite Layup模塊，可以很方便的定義復(fù)合材料的每一個(gè)鋪層，包括材料、鋪層角、厚度等，而且可以很快捷的檢查所定義鋪層的正確性。

后處理模塊中，可以顯示每一個(gè)鋪層厚度方向上的應(yīng)力、位移、損傷云圖，也可以顯示復(fù)合材料厚度方向上變量的變化曲線。

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? ??另外，還可以使用Simulayt將CATIA CPD中設(shè)計(jì)的復(fù)合材料模型以及鋪層導(dǎo)入到Abaqus/CAE中。

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四、部分案例

? ??我們?cè)趶?fù)合材料計(jì)算方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，從復(fù)合材料設(shè)計(jì)到強(qiáng)度、疲勞、損傷分析計(jì)算，以及復(fù)材加工數(shù)據(jù)的獲取等方面均具備相關(guān)分析能力和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，由于部分項(xiàng)目涉密的原因，在此僅給出部分合作單位和概述：? ??

?1.<span font-size:14px;line-height:2.5;"="" style="font-weight: normal;font-size: 16px;line-height: 3">某型復(fù)合材料連接件分析。

? ??板材為復(fù)合材料，利用螺栓進(jìn)行連接，計(jì)算中設(shè)計(jì)鋪層設(shè)計(jì)等問(wèn)題：（由于涉密原因，僅給出簡(jiǎn)化后的部分模型和結(jié)果）

? ??2.某復(fù)材結(jié)構(gòu)分析

? ? a）如圖所示，由8組交錯(cuò)的復(fù)合材料加強(qiáng)筋、復(fù)合材料蒙皮、上下金屬環(huán)板組成。邊界方面，下金屬環(huán)板固定，上金屬環(huán)板施加1.5MPa的壓力。

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? ??b）根據(jù)曲率不同分為2個(gè)區(qū)域進(jìn)行復(fù)合材料鋪層設(shè)計(jì)，每個(gè)區(qū)域鋪層角度依次為0°，45°，-45°，0°（該角度相對(duì)初始成型加工點(diǎn)的x軸）

? ??c）整體及蒙皮應(yīng)力和加強(qiáng)筋應(yīng)力結(jié)果，如下圖所示

??? 3.典型復(fù)合材料分析案例

????某復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在熱固化后結(jié)構(gòu)發(fā)生變形

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????復(fù)合材料后屈曲行為的模擬

? ?????????? 纖維增強(qiáng)復(fù)材-基體損傷和纖維損傷

? ??利用VCCT和cohesive單元來(lái)模擬Z-pin增強(qiáng)復(fù)合材料

?4、 汽車后防撞梁復(fù)合材料分析

???5 、鳥撞飛機(jī)整流罩分析

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塑料結(jié)構(gòu)三點(diǎn)彎曲分析????CC: beam兩端固支， FF：beam兩端簡(jiǎn)支，?Beam所用材料為PA66+GF30

6 、復(fù)合材料低速碰撞分析

7 、子彈沖擊復(fù)合材料防彈衣分析案例

???沖擊分析模型

由于沖擊作用下(受壓)的層間分層主要由于橫向剪切應(yīng)力引起的，且上下兩層的鋪層角度越大，則層間剪切應(yīng)力越大導(dǎo)致容易發(fā)生分層損傷；
通過(guò)在相鄰兩層之間引入內(nèi)聚力(cohesive zone model)模型，模擬沖擊作用下的層間分層損傷過(guò)程。

部分結(jié)果展示

?五? 、纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能預(yù)測(cè)分析建模

??????DIGIMAT是專注于多尺度復(fù)合材料非線性材料本構(gòu)預(yù)測(cè)和材料建模的商用分析工具。DIGIMAT能夠幫助材料開發(fā)人員預(yù)測(cè)多相材料的等效性能，可以預(yù)測(cè)的材料范圍涉及包含連續(xù)纖維、長(zhǎng)纖維、短纖維、二維纖維織物、晶須、顆粒、片層等所有增強(qiáng)相和包括樹脂基、金屬基和陶瓷基在內(nèi)的所有基體材料。廣泛的軟件接口可以為幾乎所有的主流有限元程序提供材料模型或進(jìn)行多尺度的耦合分析。多尺度的分析結(jié)果使得對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的失效預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確。

??????纖維增強(qiáng)塑料結(jié)構(gòu)基于多尺度耦合的各向異性分析建模流程主要如下：

1）??建立纖維增強(qiáng)塑料材料的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程

2）??基于均勻場(chǎng)方法分析工具DIGIMAT-MF建立纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料的非線性各向異性材料本構(gòu)模型

3）??DIGIMAT-MF非線性各向異性材料本構(gòu)模型的樣條有限元模型分析驗(yàn)證

4）??建立纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料有效地失效預(yù)測(cè)模型

5）??纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)承載作用的力-位移特性預(yù)測(cè)分析與標(biāo)定

6）??纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最大承載力的預(yù)測(cè)分析與標(biāo)定

涉及主要工具 ABAQUS，Digimat ，Moldflow多軟件聯(lián)合仿真。

六、? 纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能如何標(biāo)定？

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DIGIMAT MANUAL教程，提取碼：saiy

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