Abaqus中复合材料的分析方法介绍

复合材料由于其性能优于普通材料，所以复合材料的应用日益广泛。如图 1所示。

复合材料不是简单的把几种材料混合到一块。它具有一些普通材料不具有的特点，对湿热环境、冲击、电化学腐蚀、雷电和电磁屏蔽等环境具有与普通材料不同的特性。

复合材料的结构形式：有层合板、夹层结构、微观模型、编织预成型件等。

复合材料的结构和材料具有同一性，其结构成型的同时，才能确定其材料分布。其性能与制造工艺密切相关，但制造工艺复杂。由于复合材料结构的各层之间的材料特性不同，导致其在承受复杂载荷作用下失效形式和失效准则的多样性。

在abaqus中复合材料的分析方法：

一、建模

其结构形式决定了其建模方法，可以使用基于连续体的壳单元和常规壳单元。复合材料应用较为广泛，但复合材料进行建模是一个难点，复杂结构光铺层就需1个月之久

二、材料

使用（层材料）lamina类型建立材料参数。以赋予工程参数的形式赋予材料参数，也可使用SUBOPTION赋予材料强度数据。该类材料只使用平面应力问题。

对于层合板结构形式，Abaqus可采用2种方法定义层合板：复合材料截面定义、复合材料叠层定义

复合材料截面定义使用于每个区域的层特性是一样的情况。这样只需建立shell-composite即可，把截面属性赋予二维（mesh中定义常规壳单元）或赋予三维（三维的尺寸要和shell中赋予的厚度保持一致。mesh中定义基于连续体的壳单元）

复合材料叠层定义使用composite-layup manager来定义，主要用于一个模型不同区域使用不同的层来构造。所以定义前要先分割区域，把不同的叠层分配给不同的区域。它可以定义基于连续体的壳单元和常规壳单元或实体单元的属性。

常规壳单元定义各个层的厚度赋予二维模型。基于连续体的壳单元或实体单元要赋予三维模型（并且厚度是相对于单元长度的系数，故其厚度方向划分一层单元即可）。

提示:叠层参考坐标系的定义（Lay up方向）和各个叠层的坐标系的定义（ply方向）。定义正确的铺层角、铺层厚度、铺层顺序。ABAQUS不能分析单个铺层法线变化超过90度的情况，这时需要定义多个多个铺层。可随意定义坐标系，在选择后可以定义绕轴的旋转角度来得到正确的坐标系。

经典实例：

模型描述：简支夹层结构的四分之一模型，复合材料平板。平板均匀加载法向正压力。总共分成三层：两层坚硬蒙皮，一层软质芯层
材料常数如下： Face sheets: E1 = 1.0 × 107 psi, E2 = 4.0 × 106 psi, R 12 = 0.3, and G12 = G13 = G23 = 1.875 × 106 psi 。 Core: E1 = 10.0 psi, E2 = 10.0 psi, r 12 = 0, and G12 = G13 = G23 = 1.875 × 106 psi
可用的建模方式如下：

1、 传统壳单元模型：36 S4R elements 49 nodes

2、 连续壳单元模型:36 SC8R elements 98 nodes

3、 纯连续壳单元模型：108 SC8R elements 196 nodes

4、 连续壳单元及传统单元模型混合模型108 elements（72个S4R+36个SC8R） ，98 nodes

第四种方法在abaqus中效果图如下：

先建立三维模型，并赋予连续体壳单元属性，在mesh中在体网格表面生成共节点的面网格，并在property模块中赋予面网格常规壳单元属性。