ABAQUS中的纤维增强复合材料建模

       纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer /Plastics，简称FRP），由纤维材料与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。常用的增强纤维材料有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维，基体材料有环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂等。由微观到宏观，首先由极细的纤维丝按一定方向排列或编织为板、布等形式，再与基体材料胶结后形成纤维增强复合材料制品。

     纤维增强复合材料具有一系列的优良性能。如FRP本身重量轻，密度约为14-21kN/m³，为钢的1/6~1/4，比铝还轻，而FRP的强度/重量比通常可达钢材的4倍以上，可应用于大跨结构中时，极大减轻结构自重，也同时能够符合航空、航天结构设计对材料的重要要求。而且FRP材料的力学性能可以设计，即可以通过选择合适的原材料和合理的铺层形式，使复合材料构件或复合材料结构满足使用要求。FRP的生产制作工艺包括拉挤、缠绕、手糊、喷射成型等多种方式，不仅可规模化生产形状规则的FRP制品，更可制作出几乎任意形状的板材用于构筑非线性工艺造型。另外，在纤维增强复合材料的基体中有成千上万根独立的纤维。当用这种材料制成的构件超载，并有少量纤维断裂时，载荷会迅速重新分配并传递到未破坏的纤维上，因此整个构件不至于在短时间内丧失承载能力。纤维增强复合材料自从20世纪40年代问世以来，最先被应用于航空航天、国防军工等领域。比如波音787和空客350等客机制造材料中，纤维增强复合材料的使用比例均超过50%（重量比），高于钢、铝、钛等金属及其合金。随着科技的进步和发展，材料制备成本也逐渐降低，纤维增强复合材料也逐渐开始走入人们的日常生活，常用的有玻璃纤维增强复合材料GFRP(俗称玻璃钢)、碳纤维增强复合材料CFRP。GFRP多用于景观雕塑、座椅、垃圾桶、储料罐等，CFRP可用于游艇、汽车、自行车、体育休闲器具等。      在建筑领域，纤维增强复合材料始于上个世纪60年代便开始应用，到90年代，随着纤维复合材料加固钢筋混凝土结构技术的兴起，工程界才逐渐认可对这种新型材料。过去，建筑师一直使用木材、石头、钢铁、混凝土等传统的建筑材料，现代社会对建筑的功能性和审美性更为关注，薄壳结构、悬挑结构、悬索结构、网架结构等新型结构对建筑材料提出了更高的要求。如上海迪士尼乐园明日世界占地面积超过2300平方米，广泛的内部和外部建筑结构和座椅都是用几百种不同形状和尺寸的阻燃胶衣饰面FRP部件组成的，而且所有所需的FRP部件都是手糊成形的。为了确保用于迪斯尼乐园的所有FRP满足国家对完全组装复合材料部件的B1防火性等级要求，材料制造公司最终利用高性能聚氨酯丙烯酸酯，以三水合铝(ATH)作为辅助树脂，根据需要加入了450g/㎡的玻璃纤维短切原丝毡和450g/㎡的无捻粗纱布作为增强材料。

    随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法在复合材料部件的工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，从航空航天、交通运输到能源环境等几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算。

ABAQUS基于丰富的单元库，能够求解广泛领域的线性和非线性问题,包括静态分析、动力分析、结构的热响应分析以及其他复杂非线性耦合物理场的分析。ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件，非常适合分析复杂的复合材料力学结构系统。

在此模块中直接融合纤维增强复合材料仿真计算与建模的最新技术发展。

通过提供功能强大的纤维增强复合材料计算仿真能力，和先进的建模方法，Simulayt的Layup Pipeline补充和扩展了Abaqus/CAE强大的复合材料仿真能力，并与Abaqus/CAE完美的融合在了一起。此外，凭借其与其他环节的直接融合能力，实现了整个企业设计与制造的紧密联系。

纤维增强复合材料模拟有重要的作用，它确保在建模初始就不能生成工艺上不可制造的铺层。这样避免了日后在研发周期上由于重新设计而增加的成本。此模块还可以生成制造数据以确保最终的零件与分析模型相符。

目前，空间中不断变化的纤维方向和铺层厚度可直接提供给非线性隐式算法和显式求解器，实现详细的仿真计算。因而在每个单元产生铺层角度，真实反应了仿真和实际纤维结构，这些功能确保计算中可达到前所未有的保真度。

最后，对Simulay的Layup Pipeline 的直接调用，使复合材料结构的分析、设计和制造完美的结合在一起。比如，如果需要的话，由Abaqus/CAE创建的模型可以直接倒入到CATIA V5中进行细节设计。通过精确的模型转换，可快速实现设计上的反复，从而提高整个研制过程的效率。

一、Abaqus建模基础

1、ABAQUS 建模基础——以基础操作为例，让学员迅速掌握ABAQUS软件建模通用操作方法

1.1 ABAQUS 软件体系及应用背景

1.2 ABAQUS 典型本构关系与导入方式

1.3 ABAQUS 前后处理模块

1.4 常用单元建模（一维梁、杆；二维平面应力、应变；三维实体单元）

1.5 荷载施加与边界条件

1.6 网格划分

二、abaqus复合材料建模入门

2、ABAQUS复合材料建模入门——以复合材料层合结构建模、静力失效分析为例，让学员掌握基于ABAQUS软件的复合材料建模及力学分析流程

2.1复合材料力学基础理论

2.1.1 层合结构的本构特点、变形假定与刚度计算

2.1.2 层合结构的强度准则和损伤判据

2.1.3 层合结构的热传导与多场耦合分析

2.2层合结构的单元与特点介绍

2.2.1 Abaqus中复合材料层合板结构建模分析流程

2.2.2建立普通壳单元、连续壳单元及多层实体单元结构模型

2.3 ABAQUS静力失效分析（弹性与弹塑性、屈曲分析、损伤断裂分析）

实例分析: 

1.考虑刚度退化的层合结构建模分析

2.层合结构的热-力耦合分析

三、abaqus实例进阶学习（一）

3、ABAQUS纤维增强复合材料层合板分层和界面损伤与扩展分析

3.1 结构建模过程与计算分析

    3.1.1 角铺设复合材料层板结构与建模

3.1.2 拉伸强度、压缩强度、剪切强度与层合板失效过程模拟

3.1.3 弯曲失效过程模拟

3.1.4 Abaqus中复合材料层合板建模中分层损伤的引入方法

3.1.5 Abaqus中复合材料层合板界面损伤cohesive单元的应用技术

3.2复合材料层合板分层和界面损伤、断裂与扩展过程的计算分析

3.2.1 虚裂纹闭合技术(VCCT)理论与实现方法

3.2.2 界面损伤内聚力分析（cohesive单元）理论与实现方法

3.2.3 扩展有限元理论与实现方法

3.3 ABAQUS分层和界面扩展行为的模拟计算

实例分析:  1.基于虚裂纹闭合技术(VCCT)的分层扩展模拟

2.基于cohesive单元的分层/界面损伤扩展模拟

3.基于XFEM方法的裂纹扩展模拟

四、abaqus实例进阶学习（二）

4、ABAQUS颗粒/短纤维改性复合材料力学建模及计算结果分析

4.1 改性复合材料的本构理论与构建方法

4.2 基于ABAQUS 的细观力学计算

4.3 增韧复合材料结构仿真与力学性能分析

4.3.1 材料力学性能多尺度分析理论与分析方法

4.3.2 胞元理论与边界条件施加

4.3.3 基于胞元模型的强度预测方法

4.3.4 颗粒/断裂维分布型材料的模型生成技术

4.3.5 增韧复合材料结构的宏观失效过程模拟

实例分析: 1.颗粒增强金属基复合材料结构建模、拉伸过程及失效分析

图一：增强颗粒等效应力云图                                              图二：基体等效应力云图

2. 短纤维增强复合材料结构建模、胞元分析技术

五、abaqus复合材料静力分析及案例实践

5、ABAQUS复合材料加筋板结构在静载荷作用下的承载能力预测

5.1层合加筋结构的屈曲与后屈曲分析

5.1.1 特征值屈曲分析、后屈曲分析及后屈曲路径

5.1.2 含制造缺陷或低速冲击损伤层合板的分层后屈曲分析

5.1.3 后屈曲分析涉及的非线性方程组收敛问题与解决方法

5.2薄壁加筋结构的面内剪切载荷作用下的失效分析

5.2.1面内剪切载荷作用下的建模技巧

5.2.2面内剪切载荷作用下的屈曲和失效分析

实例分析: 1.渐进损伤、界面开裂扩展和大变形的多重非线性复材加筋板压溃

2.面内剪切载荷作用下的加筋板的承载能力预测

六、abaqus二次开发案例实践

6 .ABAQUS二次开发——以FORTRAN、python两种开发方式为例让学员快速掌握二次开发要点，灵活调用这些模块方法，完成自己的设计计算需求

6.1 ABAQUS二次开发需求的类型与解析

6.2接口子程序及FORTRAN二次开发技术

6.3基于python语言的参数化建模技术

6.4 ABAQUS与MATLAB软件连用建模

实例分析: 

1.基于MATLAB的变角度铺丝变刚度复合材料结构建模与分析

2.基于python语言的复合材料加筋板参数化建模实例

3.基于UMAT接口子程序的材料非线性分析

4.基于USDFLD接口子程序的复合材料损伤场二次开发实例

七、abaqus高级案例解析

7.其他相关案例解析——结合自己的科研方向，解析契合自己研究的例子

7.1复合材料层合结构的自由振动分析

7.2复合材料层合结构的动力响应分析

7.3复合材料层合结构的低速冲击分析

7.4低速冲击后复合材料结构的剩余强度分析

7.5复合材料结构的高速冲击分析（鸟撞） 

八、SCI论文撰写及其它

8.1 未来航空航天复合材料发展趋势与创新研究展望

8.2基于ABAQUS复合材料仿真计算文章（SCI）案例

8.3 SIC论文创新思路及写作技巧

“ABAQUS复合材料建模技术与应用”

时间

2021年05月22日——05月23日    

在线直播（授课2天）

2020年05月29日——05月30日    

在线直播（授课2天）

报名费用：

￥3900元/人（含报名费、培训费、资料费）

费用提供正规机打发票及盖有公章的纸质通知文件；如需开具会议费的单位请联系招生老师要会议邀请函；

增值服务：

1、凡报名学员将获得本次培训书本教材（300余页）及随堂电子资料（cae文件）；

2、价格优惠：

优惠一：4月30号之前报名汇款可享受 200元学费优惠（仅限前八名）；

优惠二：报名学生可享受200元学费优惠（需提供在有效期内的学生证或学籍证明）；

优惠三：同一单位同时参加2人及以上可享受每人200元学费优惠；

3、学员提出的各自研究方向遇到的问题在课程结束后可以长期得到老师的解答与指导（邮件、微信等） 

4、参加培训并通过考试的学员，可以获得：北京软研国际信息技术研究院培训中心颁发的《ABAQUS复合材料建模技术与应用》专业技能结业证书

联系方式

联 系 人:科宇老师

咨询电话/微信：13520456594 

QQ：1446084643

另有交流群(非班级群)：

abaqus交流QQ群：916412656  

abaqus微信群：