Abaqus缠绕复合材料建模插件（WCM）

本文摘要（由AI生成）：

这篇文章介绍了复材缠绕压力容器Abaqus缠绕复材建模的功能和优势。该插件能自动化创建轴对称或三维的有限元模型，包括内衬层和复合材料层的创建、网格划分、材料特征生成等。此外，插件还提供了丰富的案例测试和微观力学模型功能，以及后处理工具，方便用户进行模型分析和优化。通过使用该插件，用户可以快速构建复材缠绕压力容器的模型，并对其进行精确的性能分析。

长丝缠绕工艺已成为各行业中创造极高‘’刚重比”结构的一种广泛技术，其于航空航天工业的应用包括火箭推进剂罐和固体火箭发动机外壳等，于汽车工业的应用包括氢动力汽车的高压储液罐。

因整个结构中细丝缠绕的不同方向，导致细丝对缠绕结构的性能精准分析极其困难。商用有限元软件的标准功能，不能够以实际情况表征玻纤方向的变化。因此，Abaqus的缠绕复材建模插件是非常有应用价值。Abaqus缠绕复材建模插件，能够用于分析各种轴对称或三维的缠绕复材压力容器。

WCM功能

• 内衬层创建功能：应用已有零件、解析法及CAD数据创建内衬。
• 复合材料层创建功能：定义复合材料层参数及与容器两端相关参数。
• 分割及划分网格：设定分割参数及沿容器长度方向单元数量。
• 材料特征：生成材料特征，截面属性，单元材料方向
• 案列测试功能：插件自带大量案列，不仅可测试WCM插件运行是否正常，而且可以帮助用户快速熟悉插件。
• 微观力学模型功能：创建纤维与基质的材料力学特性。
• 后处理工具：创建路径图，画出不同层的区域变量。

在WCM插件中，利用内衬层创建功能与复合材料层创建功能快速创建容器模型。在层功能中，不仅可以选择不同的层类型（箍、螺旋、顶部垫片、顶部垫片及橡胶），而且可以设置不同缠绕层的缠绕角度。

建模步骤

WCM 插件构建 COPV 模型的过程包括以下五个步骤：

1. 初始化 WCM 模型和箱体属性，如2D或3D。

2. 第二步涉及定义丝缠绕层几何形状的放置，可以通过解析表达式（如球形或椭圆顶形状）完成。

3. 第三步是生成包裹在内衬的图层表。箱两端的终止条件与层厚度、缠绕角、层材料特性等一起指定。

4. 第四步是指定用于提高网格质量的分区。

5. 第五步是分配网格大小并生成网格。

6. 第六步是在整箱生成材料方向和材料特性。

WCM 提供2D 和 3D生成固体几何或外壳几何。对于固体几何形状，在生成箱时分配默认网格控制。默认情况下，所选单元分配将分配到箱罐的所有层。

结果输出

当插件生成 COPV 模型时，它会自动沿每个层的底部生成名为"层n"的节点集，其中 n 是层数。通过单击后处理图标，使用这些节点集自动沿图层之间的界面创建路径图。