Abaqus 复合材料(2) – 常规壳复合材料建模过程

复合材料由于其轻质、高强度和优异的结构性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶、体育用品等行业。在Abaqus中，复合材料的模拟可以通过多种方式实现。本文详细介绍在 Abaqus/CAE 中使用 “Composite Layup” 功能创建“常规壳复合材料”的过程。

1. 创建几何

在 “零件(Part)” 模块，与创建壳几何体类似，在创建零件时选择 “3D” 和 “Shell”，创建面几何体。

2. 创建材料

复合材料通常包含多种材料，因此需在“材料属性 (Property)”模块中使用如下图 ① 所示的 “Create Material” 功能创建多种材料。材料可以是各向同性也可以是各向异性的。

可以使用 ② 所示的 “Material Manager” 功能查看所创建的材料，在 ③ 中通过材料名称区分材料。

3. 创建复合材料

3.1 调用“Composite Layup”

如下图 ① 所示，在 Abaqus/CAE中，使用“Composite Layup”有三种途径。

在弹出的“Create Composite Layup”对话框中，在 ② 的 “Initial ply count”输入4（默认为 3）。当然，此处也可以使用默认设置，在后续铺层过程中仍可以增减层数。在 ③ 的“Element Type”中选择“Conventional Shell”，即此处选用常规壳复合材料。

3.2 创建铺层

在“Edit Composite Layup”对话框中，定义铺层信息。通常需要定义如下信息：1）每层的名称；2）区域，即在哪个几何体上定义铺层；3）材料；4）厚度；5）方向；6）积分点数。定义过程如下：

1）在 ① 的“Ply Name”选项中定义铺层名称；

2）在 ② 的“Region”选项中选择“1.创建几何”步骤中创建的几何体。可以双击单元格进入选择界面。

3）在 ③ 的 “Material”选项中分别选择“2. 创建材料”步骤中创建的MAT2-Form 和MAT1-AlAlloy 材料。注意，材料选择的顺序对应着实际复合材料中的铺层顺序。

4）在 ④ 的“Thickness”选项中定义每一层的厚度。

5）在 ⑤ 的“CSYS”中选择坐标系，可以选择自定义的坐标系，也可以使用默认的“

6）在 ⑥ 的“Rotation Angle”中定义旋转的角度。

7）在 ⑦ 的“Integration”中定义每一层的积分点数，默认为3，对于实际分析来说，该默认参数亦可保证计算精度。

8）在 ⑧ 的“Normal direction”中定义法向，Abaqus 中通过该法向来确定铺层方向。

其中 ⑤ 和 ⑥ 共同用于确定材料的方向。

4. 查看铺层

在Abaqus/CAE 中提供了查看铺层的功能，可以用于检查铺层是否正确。

在“材料属性 (Property)”模块中，使用查询工具  的 “Ply stack plot” 查看复合材料堆叠结果，如图 ① 所示。

在图 ③ 中显示了铺层信息，包括每一层的厚度和总厚度、层数、每一层的名称。在“1.3.2 创建铺层”中，选择了法向在全局坐标的3轴，可以观察到，从 3 轴的负方向往正方向进行铺层，因此“Ply-1”层位于最底部。