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轮胎结构设计CAE工业软件SuperTire:(6)内埋膜复合材料建模

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一、简介

      纤维增强复合材料由基体包裹住纤维构成,但由于基体与纤维的尺寸差距较大,若构建详细的纤维结构会使得模型自由度大幅度增加,因此需要对其进行均匀化建模。

二、均匀化建模

      均匀化建模方法分为宏观实验均匀化、宏观几何均匀化、与细观计算均匀化三种。若构建实验均匀化模型,如横观各向同性模型,则需要大量的实验去测试本构数据。若构建细观均匀化模型,如RVE模型,则需要大量的有限元计算。而几何均匀化模型,如内埋膜模型,只需要对基体和纤维分别进行本构试验,实验次数少,而且将纤维的细节均匀化为膜结构,有限元计算量也较少。  
图 1 均匀化模型分类  
      对轮胎结构,将一层纤维(帘线或钢丝)等体积为一层膜结构。采用超弹性本构模型模拟基体橡胶材料,采用正交各向异性大变形模型模拟膜结构。

图2 内埋膜模型推导

 在膜与基体的界面处,保证位移相等:

由拉格朗日乘子法将位移附加方程施加到系统的总势能上,即:  

      对势能泛函求变分,线性化,离散化,得到系统的代数方程组,由牛顿拉普森方法迭代求解。算例验证:内埋膜模型与精细模型对比,位移误差小于1%,验证了此建模方法的有效性。

图 3 拉伸试件:120mm×20mm×10mm

 

图 4 精细模型:15万实体单元

图 5 内埋膜模型:160个实体单元、160个膜单元

 

图 6 纤维位移对比

 

图 7 基体 位移对比  


来源:结构设计CAE工业软件研发
复合材料材料试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-11-27
最近编辑:2小时前
结构设计CAE工业软件研发
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