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Abaqus随机短纤维增强复合材料建模

江丙云

3年前浏览4555

以下文章来源于复合材料力学，作者佳博

前言

短纤维增强复合材料相对于长纤维增强复合材料来说更容易制备，且短纤维的填充性能略有改善，可制造复杂产品，广泛应用于车辆、航空航天、建筑等行业，对短纤维增强复合材料进行细观力学分析，可对其宏观力学性能进行预测、分析破坏机理等。

接下来对随机短纤维增强复合材料建模插件进行介绍。

NO.1 【算法简介】

难点一：

此插件核心在于判断生成的纤维是否相交，因此选用解析几何法对随机生成的纤维是否与已经生成的纤维进行相交判断，计算出纤维轴线与其他纤维轴线之间的距离，与纤维直径进行比较，距离小于直径则判断为相交，难点在于：

纤维是有限长度，转化为数学模型即为线段之间的最小距离大于二倍纤维半径，因此应将判断分为多种情况：

①直线之间最短距离为线段之间最短距离；

②线段之间最短距离大于直线之间最短距离，最短距离可能为点到直线距离、点到点距离、线到线的距离，但是需要判断具体是哪种情况，由此进行判断纤维是否相交，若只考虑直线之间的最短距离，生成的模型纤维体积含量会很低

难点二：

对于生成给定纤维体积含量的模型，若直接生成足够纤维数量的模型，可能会导致纤维体积含量高或低，与预期纤维体积含量有误差；因此采用不断逼近的方法，即先生成由体积含量计算的纤维数量，由于纤维还需进行切割，因此此时的纤维体积含量肯定小于预期的纤维体积含量，接下来对此时纤维体积含量与预期纤维体积含量进行比较，若此时纤维体积含量与预期纤维体积含量之差乘试样总体积大于一个纤维体积，则继续生成纤维，若此时纤维体积含量与预期纤维体积含量之差乘试样总体积不足以生成一根纤维，则停止生成。此方法可生成与纤维体积含量极其接近的模型

对于长方体长40mm，宽10mm，高15mm，纤维长度5mm，纤维直径1mm，体积含量5%进行实验得出，纤维体积为：298.82，基体体积为5701.24，总体积为6000.06，纤维体积含量为4.98%，误差极小。

NO.2 【插件启动方式】

在Abaqus plug-ins菜单中找到下图所示的插件。