碳纤维层合板冲击吸能有限元模拟
基于Ls-Dyna软件2种材料模型的碳纤维复合材料层合板面内剪切有限元仿真
2020年12月第44卷第12期Vol.J4No.12Dec.202() MATERIALS FOR MECHANICAL ENGINEERINGDOI：10.11973/jxgccl202012016基于Ls-Dyna软件2种材料模型的碳纤维复合材料层合板面内剪切有限元仿真孟宪明'，钟正S程从前2,曹铁山S赵杰2,黄亚烽-吴瑶2(1.中国汽车技术研究中心有限公司，天津300300；2.大连理工大学材料科学与工程学院，大连116024)摘要：通过准静态单轴拉伸试验和面内剪切试验获取力学性能参数，采用Ls-Dyna软件中的纤维增强复合材料渐进损伤模型和复合材料层合板连续损伤模型模拟碳纤维复合材料层合板在面内剪切载荷作用下的力学响应和破坏模式，对比了2种模型的适用性。
结果表明：在面内剪切过程中的初始线弹性阶段,2种模型都能较好地模拟出碳纤维复合材料层合板的力学特性。
随着载荷的持续增大，渐进损伤模型的载荷-位移仿真曲线依旧呈线性上升，到达载荷峰值后迅速下降，与试验曲线存在很大偏差；连续损伤模型由于引入了损伤参数，当材料出现损伤后.其载荷-位移仿真曲线呈非线性，与试验曲线吻合良好。
关键词：碳纤维复合材料；连续损伤模型；渐进损伤模型；损伤参数中图分类号：TB332文献标志码：A文章编号：1000-3738(2020)12-0085-06Finite Element Simulation of In-plane Shear of Carbon Fiber ReinforcedPlastic Laminates with Two Material Models of LS-DYNA SoftwareMENG Xianming1.ZHONG Zheng2.CHENG Congqian2,CAO Tieshan2.ZHAO Jie2,HUANG Yafeng*,WU Yao2(1.China Automotive Technology&Research Center Co.,Ltd.,Tianjin300300,China；2.School of Materials Science and Engineering,Dalian University of Technology»Dalian116024,China)Abstract:The progressive failure model of fiber reinforced plastics and the continuous damage model of composite laminate of the Ls-Dyna software were applied to simulate the mechanical response and damage modes of carbon fiber reinforced plastic laminates under in-plane shear loads,with the mechanical parameters obtained by quasi-static uniaxial tensile and in-plane shear tests.The applicability of the two models was compared.The results show that in the initial linear elastic stage during in-plane shearing,the two models could simulate the mechanical characteristics of the carbon fiber r&nforced plastic laminates.As the load continued to increase,the loaddisplacement simulation curve obtained by the progressive failure model still rose linearly,and dropped rapidly after reaching the load peak；the simulation curve had a large deviation from the test curve.When the material was damaged,because of the introduction of damage parameters,the load-displacement simulation curve obtained by the continuous damage model was nonlinear,which was in good agreement with the test curve.Key words:carbon fiber reinforced plastic；continuous damage model；progressive failure model；damage parameter收稿日期：2020-08-05；修订日期：2020-11-27基金项目：国家重点研发计划“新能源汽车”重点专项项目（2O16YFBO1O16O2）作者简介:孟宪明（1980—）,男，山东济南人，高级工程师•博士通信作者:赵杰教授0引言碳纤维复合材料（CFRP）作为一种比强度高、比刚度高、耐腐蚀性能较强的轻量化材料，广泛应用于汽车、航空航天、军工武器、高速动车等方面口切。
胶接碳纤维复合材料层合板拉伸性能及有限元模拟_张明星
胶接碳纤维复合材料层合板拉伸性能及有限元模拟张明星*（中国商飞上海飞机设计研究院，上海200232）摘要：使用自动铺带工艺制得胶接的碳纤维复合材料层压板试验件，通过轴向拉伸测试，测得了整个试验件的载荷-位移曲线和检测点附近的应变-载荷曲线。
试验结果表明，在拉伸载荷作用下试件发生层间剪切破坏，由于胶层的剪切强度高于层合板的层间剪切强度，破坏并没有发生在胶接面内，而是发生在胶层以外的层合板的层间。
建立了相应的有限元模型，模拟结果和试验结果的一致说明了有限元模型的合理性。
关键词：胶接；应变；破坏模式；有限元分析中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003－0999（2012）04－0036－05收稿日期：2012-04-22作者简介：张明星（1982-），男，博士，主要从事纤维增强复合材料研究。
1引言胶接连接因其工艺简单、成本低廉、具有能保持纤维连续性的特点而在飞机复合材料结构中被广泛应用［1 3］。
而胶接连接复合材料的历史文献大多集中在假设胶层发生剪切变形情况下的搭接区两端的应力分布［4 17］。
本文以刚度平衡的胶接连接碳纤维复合材料试验件为研究对象，对其进行了轴向拉伸测试，得出了搭接件上两端和中间区域的应力分布。
在考虑搭接件轴向变形情况下，建立了复合材料层压板胶接连接的有限元模型，并比较了有限元模拟结果和试验结果，模拟结果和试验结果的一致说明了有限元模型的合理性。
2试验#."材料本试验采用的材料为碳纤维单向带，其材料常数如表1所示。
表1碳纤维单向带材料常数Table 1Material performance of carbon tapeE 11/GPa E 22/GPa E 33/GPa υ12υ13υ23G 12/GPa G 13/GPa G 23/GPa 1758．378．370．340．340．344．494．493．5#.#试验件设计与制备试验件搭接区长度为200mm ，宽度为80mm ，厚度为3.8mm ；每端加厚区长度为195mm ，宽度为87.6mm ，端头厚度为11.4mm 。
碳纤维增强铝合金板的抗冲击性能
料 的优 化 提供合 理依 据 。
１ 模 型 相 关 参 数
１ ． １ 几何 模型 尺 寸及加 载情 况
为 了较好 地 同 实验 对 比 ， 试 件 几何 尺 寸 与文 献 Ｅ ５ ３ 相 同。Ｃ ＡＲ ＡＬ试件 由 ２ ０ ２ ４ 一 Ｔ ３铝 和碳 ／ 环 氧 树
脂 胶 片组成 。其 中碳 ／ 环 氧树脂 胶 片 （ Ｃ Ｆ Ｒ Ｐ ） 铺 层 方 向为 ０ 。 和 ９ Ｏ 。 ， 且 沿 中面对 称 ， 如 图 １所示 。试 件 尺
因此 这些 优 良的性 能 ， Ｆ ＭＬ ｓ 在 航 天 工 程 上 得 到 了广 泛 的应 用 ［ ４ ］ 。碳 纤 维 增 强 铝合 金 板 （ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｒ ｅ ｉ ｎ —
ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ ａ ｌ ｕ ｍｉ ｎ ｕ ｍ ｌ ａ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ， Ｃ ＡＲ ＡＬ ） 包 含碳／ 环 氧树脂 层 和铝 合金 层 ， 但 有 望 可 以成 为 下 一 代 的 Ｆ ＭＬ ｓ 。碳 纤 维 的高硬度 具有 非 常有效 的裂 纹桥 接 、 较低 的裂纹 扩展 率 和较好 的抗 冲击性 。 本 文 中针 对 Ｃ ＡＲ ＡＬ受 低速 冲击 问题 ， 利 用 ＡＢ ＡＱＵＳ ／ Ｅ ｘ ｐ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ 有 限元 分 析软 件 ， 建立 三 维动 态 冲 击模 型进 行数值 模 拟 。应 用 Ｊ ｏ ｈ ｎ ｓ ｏ ｎ — Ｃ ｏ ｏ ｋ模 型 ， Ｈａ ｓ ｈ ｉ ｎ损 伤 准 则 和 ｃ ｏ ｈ ｅ ｓ ｉ ｖ ｅ粘 结单 元 的损伤 判 据 参 与计算 。通过 与文 献Ｅ ５ ３ 中冲击载 荷 时间 曲线进 行对 比 ， 验 证数 值模 拟 的准确 性 ， 并 对 复合 材 料层 的基 体 损伤 ， 分 层 的产生 和扩 展 以及试 件 吸能等情 况 进行分 析 ， 为准 确评 价此 新型 复合材 料 的冲击行 为及 材
基于ABAQUS的CCF300碳纤维层合板低速冲击破坏数值模拟
第３ ５卷 第 ４期 ２ ０ １ ７年 ８月
轻 工 机械
Ｌｉ ｇ ｈｔＩ ｎｄｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ
Ｖ０ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． ４
Ａｕ ｇ ． ２ ０１ ７
［ 研究 ・ 设计］
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ － ２ ８ ９ ５ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ４ ． Ｏ Ｏ ６
材 料层 合板 为对象， 利用专业有限元仿 真软 件 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ进行 冲击破 坏性能数值模拟研 究。采 用复合材料渐进损 伤法 ， 建
立Ｃ Ｃ Ｆ ３ ０ ０碳 纤维层合板在低速 冲击载荷 下的损 伤和 变形三维有 限元模 型。通过 三维 实体单元模 拟层 合板 ， 利 用 内聚 力接 触模拟 单层板 间的接触 ， 从 而模拟层合板层 内和层 间的不 同失效模式 。使 用 Ｆ Ｏ Ｒ Ｔ Ｒ Ａ Ｎ语 言编写 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ材 料 用 户子程序 Ｖ Ｕ ＭＡ Ｔ实现模拟 ， 程序 中包含本 构方程 的求解、 损 伤 准则对单元 失效 的判定和 损伤 单元参数 退化 ３部分 ， 材
ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｌ ｏ ａ ｄ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｔ ｏ ｏ ｋ ｔ ｈ ｅ ｄ ｏ ｍ ｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ（ Ｃ Ｃ Ｆ ３ ０ ０ ）／ｅ ｐ ｏ ｘ ｙ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ（ ５ ２ ２ ８ ）ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｌ ａ ｍ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｓ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ
基于ABAQUS碳纤维树脂基复合材料抗冲击性能研究
科技风2019年1月DOI：10.19392/ki.1671-7341.2019021674理论研究___________________________基于ABAQUS碳纤维树脂基复合材料抗冲击性能研究陈鑫马士东刘升辉中国民航大学航空工程学院天津300300摘要：随着复合材料的工艺越来越成熟，其良好的物理性能，如比强度高、比刚度高、比模量高、耐腐蚀性好、结构重量轻等 优良性能，得到了航空领域的一致认可。
但复合材料的抗冲击性能比较差，当其受到外来物冲击时可能造成严重的损伤，因此使 研究成为了必要。
本文对有限元软件ABAQUS做了简要说明，并用其对碳纤维树脂基复合材料层合板的冲击进行建模模拟，对冲 击后层合板失效性能做了简要分析。
关键词:碳纤维树脂基;复合材料；冲击;ABAQUS建模；失效分析复合材料是一种非均匀的混合物，具有多种分类。
其中纤 维复合材料由于比重小，比强度和比模量大，而用量最大，应用 最广。
最常见的形式之一是交错粘合的层合板，层合板是由一 层层的纤维平行铺设后，再注入未固化的环氧树脂或其他基体 材料，其中基体在纤维问起传递载荷的作用，使纤维能够承受 压缩和剪切裁荷。
[1]1ABAQUS简介ABA_U5公司根据用户的反馈不断解决各种技术难题并 改进软件，如今，ABAQUS软件已经逐步完善，从简单的线弹性 静态问题到复杂的高度非线性问题，从单个零件的力学分析到 多个庞大复杂系统的多物理场耦合分析，ABAQUS都能驾驭。
具体而言，ABAQUS除了能有效的进行静态和准静态分析、模 态分析、瞬态分析、接触分析、弹塑性分析、几何非线性分析、碰 撞和冲击分析、爆炸分析、屈曲分析、断裂分析、疲劳和耐久性 分析等结构分析和热分析外，还能进行流固耦合分析、热固耦 合分析、声场和声固耦合分析、压电和热固耦合分析、质量扩散 分析等。
⑵2动态接触理论模型下面介绍两种接触理论模型，第一种由He:提出，该算法 一般将冲击物看作刚体，不受外力冲击而变形，将受冲击板作 为形变体，假设脉冲时间和压力峰值受冲击物的速度、质量和 材料弹性性能的影响。
基于扩展有限元的碳纤维复合材料裂纹扩展仿真
基于扩展有限元的碳纤维复合材料裂纹扩展仿真韩少燕 门 静 韩海燕（西安交通大学城市学院，陕西 西安 710018）引言 碳纤维复合材料以其良好的力学性能被广泛的应用于汽车、航空航天等领域[1]。
碳纤维层合板在实际使用过程中容易受到冲击载荷产生大变形弯曲，导致局部产生应力集中与应变从而引起材料损伤，例如基体开裂、纤维断裂后或者层间分层等，材料损伤扩展会进一步导致力学性能降低，从而导致材料失效最终结构失效。
扩展有限元通过引入富集函数来修正传统有限元的近似位移函数，以描述间断界面，使间断的描述独立于有限元网格，避免了计算过程中的网格重构[2]。
本文采用扩展有限元法模拟了碳纤维复合材料层合板在弯曲载荷作用下的开裂过程，以预测材料抵抗外力损伤的性能。
1、扩展有限元 扩展有限元是以美国西北大学Belytschko 教授为首的研究组于1999年提出的一种求解不连续问题的数值方法，该方法可有效的求解强和弱不连续问题[2-3]。
扩展有限元的基本原理是基于单位分解法在传统有限元位移模式中加入特殊函数（加强函数），从而反应不连续性的存在，不同类型的不连续问题，只是加强函数不同而已。
1.1单位分解法单位分解法是Melenk 和Bubska 及Duarte 和Oden 于1996年先后提出的。
对于求解区域Ω，单位分解法用一些相互交叉的子域ΩI 来覆盖，每个子域都与一个函数()I ϕx 相联系。
函数()I ϕx 仅在ΩI 内非零，且满足单位分解条件()1I Iϕ=∑x (1)Duarte 和Oden 用K 阶移动最小二乘近似函数来构造单位分解，即1()()[()]mh k I iI i Ii b q ϕ==+∑∑ u x x u x (2) 其中：()i q x 可以是单项式基。
系数是未知量，可以通过Galerkin 法或配点法求解。
为了提高逼近精度，或满足对待定问题的特殊逼近要求，也可以包含其他一些形式的函数（称之为加强基函数）。
碳纤维层合板冲击吸能有限元模拟
碳纤维层合板冲击吸能有限元模拟
## 背景
碳纤维层合板(CFRP)具有良好的抗碰撞性能，是近年来用于汽车安全带以及航空航天结构的重要材料。
它具有轻质、坚固、耐腐蚀等优点，因此在传统汽车安全带驱动方面受到了广泛的应用，从而改善了汽车的安全性能。
此外，在航空航天结构领域，由于其轻量、耐压性能好等优点，因此也受到了很多关注。
碳纤维层合板也常用于与结构强度有关的冲击吸能研究中。
## 方法
本研究采用有限元技术，对单层CFRP板在冲击力下的吸能特性进行模拟，主要考察碳纤维夹层结构、碳纤维层合板厚度及吸能模态算法等因素对吸能性能的影响。
首先，用有限元软件ANSYS设计单层CFRP板的模型，以及尺寸、材料的指定，建立多问题，采用ANSYS有限元分析应对吸能性能研究中的三种典型模态—消能、缓冲及滞回模态。
## 结论
研究表明，单层CFRP板厚度及层合结构对吸能性能有显著影响，板厚越厚，吸能行为越显著。
碳纤维夹层结构也能明显提高吸能性能。
此外，研究还发现，随
着夹层层数的增加，板材对冲击力的吸能性能也会不断提升，直至达到极限。
最后，混合模态的冲击吸能行为在碳纤维层合板中也被发现，混合模态吸能行为在碳纤维夹层结构中有更好的表现。
斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板冲击后压缩行为分析
网络首发地址：https:///urlid/42.1755.TJ.20230925.1637.001期刊网址：引用格式：和卫平, 刘明, 魏建辉, 等. 斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板冲击后压缩行为分析[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(5):166–172.HE W P, LIU M, WEI J H, et al. Analysis on compression behavior of woven carbon fiber reinforced thick composite laminates under low velocity impact[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(5): 166–172.斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板冲击后压缩行为分析扫码阅读全文和卫平1，刘明1，魏建辉*1，康逢辉2，葛辛辛3,4，张攀*41 武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 4302052 洛阳船舶材料研究所，河南 洛阳 4710233 中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 2140824 华中科技大学 船舶与海洋工程学院，湖北 武汉 430074摘 要:［目的］为分析冲击损伤对层合板压缩强度和失效行为的影响，对冲击后的编织碳纤维复合材料层合厚板开展面内压缩试验和数值仿真研究。
［方法］通过建立有限元模型，开展层合板冲击后的压缩仿真分析，采用Fortran 语言编写用户自定义材料子程序（VUMAT ），实现改进的Hashin 失效准则和基于损伤变量的材料退化模型在ABAQUS/Explict 中的应用；从压缩强度和压缩破坏模式两方面将数值模拟与试验结果进行对比，验证所建立数值模型的有效性。
［结果］结果显示，冲击损伤会降低层合板的压缩强度，无损层合板的压缩失效模式为端部破坏，冲击后的层合板会出现横贯试件中部的截断式破坏；冲击后的压缩强度会随冲击能量的增大而降低，但压缩强度与冲击能量之间并不存在线性关系；层合板损伤行为的拓展与压缩载荷的历程密切相关，压缩载荷在达到层合板破坏载荷的阈值之前，层合板的损伤几乎没有发生拓展，一旦压缩载荷达到阈值，损伤将沿宽度方向迅速拓展，最终发生横贯整个模型宽度方向的压缩损伤。
针对碳纤维层合板在不同工艺、冲击能量下的冲击响应研究
针对碳纤维层合板在不同工艺、冲击能量下的冲击响应研究随着轻量化的发展，碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天、汽车、轨道交通、能源、体育休闲等领域。
碳纤维复合材料层合板具有轻质、高刚度、优异的抗冲击性等特点，被广泛应用于汽车、高铁和飞机的非承力结构、次承力结构。
针对非承力覆盖结构的冲击问题，挪恩的研发团队进行了一项在不同工艺碳纤维复合材料层合板与不同冲击能量下的冲击响应研究。
通过模拟碳纤维复合材料汽车覆盖件中的冲击，采用落锤冲击试验装置对用同是10层铺层，但采用400kpa、600kpa热压罐工艺以及真空袋工艺的碳纤维复合材料层合板试件，以不同能量（5J、10J、20J、40J）进行低速落锤冲击实验。
1、初始能量5J下不同工艺碳纤维层合板冲击响应冲头的最大接触冲击力400kpa热压罐工艺>600kpa热压罐工艺>真空袋工艺；最大冲击位移、冲击接触时间的规律与之相反；冲击阶段速率的下降规律为400kpa 热压罐工艺>600kpa热压罐工艺>真空袋工艺；冲击阶段冲头能量提高速率为400kpa热压罐工艺>600kpa热压罐工艺>真空袋工艺。
出现这个现象的原因是真空袋工艺制备的碳纤维复合材料层合板压力较小，仅为一个负压，这会使得预浸料的铺层间结合不紧密产生缺陷，且树脂含量较高，表现出较好的冲击韧性；而600kpa热压罐工艺制备层合板由于压力过大树脂被过多挤出，导致碳纤维复合材料层合板的刚性上升，在冲击过程中通过纤维断裂吸收部分冲击能量；热压罐工艺400kpa制备层合板的树脂与纤维体积含量处于较好范围，碳纤维复合材料板材缺陷比真空袋工艺层合板的低，材料刚性比600kpa 热压罐工艺层合板低。
故热压罐工艺400kpa制备层合板的冲击响应与600kpa热压罐工艺层合板以及真空袋工艺层合板的不同。
2、初始能量10J下不同工艺碳纤维层合板冲击响应冲头的最大接触冲击力400kpa热压罐工艺>600kpa热压罐工艺>真空袋工艺；最大冲击位移、冲击接触时间与之相反；冲击阶段速率的下降速率为400kpa热压罐工艺>600kpa热压罐工艺>真空袋工艺；冲击阶段冲能量提高速率为400kpa热压罐工艺>600kpa热压罐工艺>真空袋工艺。
碳纤维层合板冲击吸能有限元模拟
碳 纤 维 层 合 板 冲击 吸能 有 限元 模 拟
朱 亦钢 ， 王晋 ， 张子 龙
（ 北 京航 空 材 料研 究 院 先 进 复 合 材 料 重 点 实验 室 ， 北京 １ ０ ０ ０ ９ ５ ）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘要 ：为预 测 复合材料 结构的 冲 击吸 能 效 果 ， 用三 维有 限元 法模 拟金 属 圆柱 体 冲 击碳 纤 维层 合板
ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｖ ｕ ｍａ ｔ ．ａ Ｆ ＯＲ Ｔ ＲＡＮ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ，ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｃ ｕ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ Ｓ Ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ；ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ
ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ａ ｂｌ ｅ．Ｔｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ Ａｂ ａ ｑ ｕ ｓ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｃ ａ ｎ
ｃ ｖ ｌ ｉ ｎ ｄｅ ｒ ｏ ｎ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ｌ ａ ｍｉ ｎａ ｔ ｅ ｄ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ３ Ｄ ｉ ｆ ｎｉ ｔ ｅ ｄｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ．Ｔｈ ｅ ｌ ａ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ａ ｓ ３ Ｄ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｔ ｒ ｏ ｐｉ ｃ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ；ｂ ｙ ｔ ｈｅ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｐｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ Ａｂ ａ ｑ ｕｓ
基于ABAQUS的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真
研究与开发合成纤维工业ꎬ２０１９ꎬ４２(２):１６ＣＨＩＮＡ㊀ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ㊀ＦＩＢＥＲ㊀ＩＮＤＵＳＴＲＹ㊀㊀收稿日期:２０１８￣１０￣０２ꎻ修改稿收到日期:２０１９￣０１￣２５ꎮ作者简介:张华伟(１９８３ )ꎬ男ꎬ讲师ꎬ主要从事纤维增强复合材料的研究与教学工作ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｈｗ＠ｎｅｕｑ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ基金项目:国家自然科学基金项目(５１４７５０８６)ꎻ河北省自然科学基金项目(Ｅ２０１６５０１１１８)ꎻ中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(Ｎ１７２３０４０３６)ꎻ河北省高等学校科学技术研究重点项目(ＺＤ２０１７３１５)ꎮ㊀∗通信联系人ꎮＥ￣ｍａｉｌ:２４７３２８２１０＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ基于ＡＢＡＱＵＳ的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真张华伟ꎬ李博宏∗(东北大学秦皇岛分校控制工程学院ꎬ河北秦皇岛０６６０００)摘㊀要:基于ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件对碳纤维增强聚醚醚酮(ＰＥＥＫ)复合材料板的热冲压成形工艺进行模拟ꎬ分析了复合材料在热冲压过程中的受力及变形特性ꎬ探讨了纤维铺层夹角㊁复合材料板层数和复合层类型对其成形性能的影响ꎮ结果表明:可以利用复合材料的工程常数建立材料的本构模型ꎻ在复合层类型的选择中ꎬ 三维实体￣连续壳 更符合实际情况ꎬ仿真效果更好ꎻ复合材料的纤维铺层夹角是其热冲压成形的主要影响因素ꎬ而且同其他的纤维铺层夹角(０ʎꎬ３０ʎꎬ４５ʎ)相比ꎬ复合材料在铺层夹角为９０ʎ时热冲压受力较好ꎬ但应变也较大ꎬ容易发生破坏ꎻ当总厚度一定时ꎬ复合材料板层数对材料的受力无明显影响ꎻ选择复合层类型为连续壳㊁９０ʎ夹角的复合材料板建立热冲压模型ꎬ仿真效果最好ꎮ关键词:碳纤维㊀复合材料㊀热冲压成形㊀有限元模型㊀模拟仿真中图分类号:ＴＱ３４２＋.７４㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣００４２(２０１９)０２￣００１６￣０５㊀㊀复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料ꎮ通常来说ꎬ复合材料除了具有其组合材料的原始性能之外ꎬ还会产生一些原来组分材料所没有的新的性能ꎬ从而使得复合材料在强度㊁刚度㊁热力学等性能上有了一定幅度的改善[１]ꎮ碳纤维增强树脂基复合材料具有较高的强度ꎬ相对比金属材料来说ꎬ更加耐腐蚀㊁绝缘性好㊁制作方式简单ꎮ而且ꎬ碳纤维复合材料的密度小㊁比强度高ꎬ具有较好的轻量化效果和抗冲击性能ꎮ但这种材料也有其不足之处:材料各向异性严重㊁常温下成形性能差㊁生产成本较高等ꎮ张琦等[２]研究了碳纤维复合材料板的非等温模具热冲压ꎬ并以实验与有限元仿真结合的方式对纤维编织复合材料进行了分析ꎮ堵同亮等[３]建立了碳纤维编织复合材料的超弹性本构模型ꎬ研究了碳纤维编织复合材料在冲压成形带有双曲率曲面的结构件时的纤维重新排布和重新取向ꎮ但这些研究多数是以细观力学的分析方法来对复合材料冲压工艺仿真建模ꎬ对于从宏观的角度利用工程常数建模仿真的研究还相对较少[４－８]ꎮＡＢＡＱＵＳ软件是一款功能强大的有限元分析软件ꎮ在工程应用方面ꎬＡＢＡＱＵＳ基于丰富的单元库ꎬ可以用于模拟绝大多数的常见工程材料ꎬ如金属㊁聚合物㊁复合材料㊁橡胶等ꎮ作者利用ＡＢＡＱＵＳ软件对碳纤维复合材料板的宏观力学行为进行了研究ꎬ建立了碳纤维复合材料板在高温状态下的本构模型ꎬ在此基础上构建了碳纤维复合材料热冲压成形的有限元模型ꎬ完成了成形过程的有限元仿真ꎬ对比了不同的复合层类型㊁铺层角度㊁铺层层数对碳纤维复合材料板热冲压成形的影响ꎬ研究结果对于碳纤维复合材料零件在汽车轻量化上的应用[９]具有一定的指导意义ꎮ１㊀实验１.１㊀原材料连续碳纤维:牌号为Ｔ１１００Ｇꎬ日本东丽公司生产ꎻ聚醚醚酮(ＰＥＥＫ)树脂:牌号为ＫＴ￣８２０ＮＬꎬ熔点３４０ħꎬ索尔维集团产ꎮ１.２㊀碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料的制备对于碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料ꎬ工业上常采用热压法进行制备ꎮ其主要工艺流程为:首先将碳纤维和预处理过的ＰＥＥＫ薄膜交替铺层在清洗干净的模具中ꎬ然后将模具放入已经预热一段时间的平板硫化机内ꎬ将温度提升到一特定温度ꎬ同时加压至设定的压力ꎬ保压一段时间ꎮ待到温度自然冷却至ＰＥＥＫ树脂的玻璃化转变温度以下ꎬ完成脱模ꎬ则可以得到碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料板[１０－１１]ꎮ设置参数:热压温度３９５ħꎬ热压压力２.５ＭＰａꎮ１.３㊀复合材料板工程常数的拟定对于仿真建模来说ꎬ此处可以利用复合材料的工程常数来建立碳纤维复合材料板的本构模型ꎬ即从细观力学入手设置参数ꎬ最后结合宏观力学的方法来进行仿真模拟分析ꎮ复合材料工程弹性常数共有９个ꎬ即该材料的三个方向上的弹性模量(Ｅ１ꎬＥ２ꎬＥ３)㊁三个方向上的泊松比(ｖ１２ꎬｖ１３ꎬｖ２３)和三个方向上的剪切模量(Ｇ１２ꎬＧ１３ꎬＧ２３)ꎮ其中Ｅ１为主方向上的弹性模量ꎬ即本材料中的连续纤维方向ꎮ通过相关文献可以查得常温下碳纤维复合材料的Ｅ１为１５０~４５０ＧＰａ[１２]ꎮ横截面积为Ａꎬ连续纤维与基体的横截面积分别为ＡｆꎬＡｍꎬ于是有:σ１Ａ＝σｆＡｆ＋σｍＡｍ(１)式中:σ１为主方向上的应力ꎻσｆ为连续纤维截面应力ꎻσｍ为基体的应力ꎮ考虑到应力与模量的关系ꎬ则有:Ｅ１＝ＥｆＡｆＡ＋ＥｍＡｍＡ(２)式中:Ｅｆ为连续纤维截面的弹性模量ꎻＥｍ为基体的弹性模量ꎮ其他工程常数可选用ＰＥＥＫ材料的基本参数[１３－１５]ꎮ因此ꎬ拟定采用的复合材料工程常数如表１所示ꎮ表１㊀碳纤维增强复合板材工程常数Ｔａｂ.１㊀Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔａｎｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅ项目参数Ｅ１/ＭＰａ３２８００.０Ｅ２/ＭＰａ４８.３Ｅ３/ＭＰａ４８.３ｖ１２０.４ｖ１３０.４ｖ２３０.４Ｇ１２/ＭＰａ１１.４Ｇ１３/ＭＰａ１１.４Ｇ２３/ＭＰａ１１.４１.４㊀基于ＡＢＡＱＵＳ的冲压成形仿真建模方案在ＡＢＡＱＵＳ中进行几何建模ꎬ建立半球冲压仿真的模型ꎬ设定Ｚ方向为冲压方向ꎮ将冲头㊁压边框以及下模视为刚体ꎮ进行网格划分时ꎬ对于碳纤维复合材料板ꎬ选择了常规壳和连续壳两种复合层类型ꎬ其网格单元选择Ｓｈｅｌｌ中的Ｓ４Ｒ(常规壳)和ＣｏｎｔｉｎｕｕｍＳｈｅｌ１中的ＳＣ８Ｒ(连续壳)单元类型[１６－１９]ꎬ其余部件如冲头等采取仿真分析中常用的Ｃ３Ｄ１０Ｍ单元类型ꎮ为了保证精度ꎬ板材采用细化网格ꎬ同时为了提高运算效率ꎬ对冲头㊁压边框和下模采用粗网格划分ꎬ如图１ꎮ图１㊀热冲压模型示意Ｆｉｇ.１㊀Ｓｋｅｔｃｈｏｆｓｔａｍｐｉｎｇｍｏｄｅｌ㊀㊀设定碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料板处于２００ħ适宜冲压的状态ꎬ选用实验试件为厚度０.３ｍｍꎬ边长为５００ｍｍ的正方形材料板ꎬ用于成形热冲压深度为１００ｍｍ的半球形拉伸件ꎮ复合层纤维铺层夹角选取４种方式ꎬ即０ʎ㊁间隔３０ʎ㊁间隔４５ʎ( 米 字型铺层)与９０ʎ( 十 字型铺层)排布ꎮ复合层的层数与每层厚度由被冲压材料板的总厚度确定ꎬ即总厚度不变ꎬ单层材料厚度与层数成反比ꎮ冲压板总厚度为０.３ｍｍꎬ复合层层数设置为６ꎬ８ꎬ１２ꎬ２０ꎬ３０层５个等级ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀复合层的类型选择对仿真结果的影响针对复合层类型ꎬ进行了两种建模方式ꎬ即常规壳￣三维壳单元建模和连续壳￣三维实体单元建模ꎬ其应力云图分别见图２㊁图３ꎮ图２㊀４５ʎ复合层类型的应力云图对比Ｆｉｇ.２㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｔｙｐｅｏｆ４５ʎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒ７１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张华伟等.基于ＡＢＡＱＵＳ的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真图３㊀９０ʎ复合层类型的应力云图对比Ｆｉｇ.３㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｔｙｐｅｏｆ９０ʎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒ㊀㊀从两种建模方式的应力云图对比分析可以看出来ꎬ使用常规壳￣三维壳单元来进行建模的时候ꎬ与连续壳￣三维实体单元的应力数据几乎没有区别ꎬ但显示效果并没有连续壳￣三维实体单元的显示效果好ꎮ由此可知ꎬ在进行复合层建模的时候ꎬ常规壳对于碳纤维增强复合材料的连续性的因素影响没有连续壳好ꎬ应力分析是按照常规材料的应力计算方式进行的ꎬ所以在某些位置会出现没有任何过度的应力突变的情况ꎮ当改成连续壳￣三维实体单元建模的时候ꎬ由于考虑到了碳纤维复合材料的特性ꎬ在ＡＢＡＱＵＳ中有不同的计算方式ꎬ使得对于材料板的应力计算过度更加平滑ꎬ因此也不会出现类似于常规壳的那种应力突变点ꎮ因此ꎬ后文中复合层板间铺层夹角与板间层数的讨论均在建模类型为 连续壳￣三维实体单元 的基础上进行ꎮ２.２㊀复合材料的铺层夹角对冲压受力的影响碳纤维复合材料的主要受力元素是碳纤维ꎬ基体在受力过程中起到传递载荷的作用ꎮ碳纤维复合材料板冲压工艺主要受材料拉应力性能指标的影响ꎬ即可以通过分析比较最大拉应力来判断碳纤维受力情况ꎮ同时为了进一步探究复合材料层间夹角排布对其热冲压性能的影响ꎬ还设置了一组不同复合材料板层间夹角的真实应变对比ꎮ实验中以１２层复合材料板为例ꎬ其应力云图见图４ꎬ其应变云图见图５ꎮ结合图４ꎬ图５和表２ꎬ表３可分析出ꎬ当其他条件相同ꎬ当碳纤维复合材料板层间夹角不同的时候ꎬ其受到的冲压应力与应变是不同的ꎮ当层间夹角为９０ʎ叠层时ꎬ其碳纤维排列结构简单ꎬ层间滑移大ꎬ剪切柔度高ꎬ所以纤维夹角的可转角度也很大ꎻ当层间夹角为３０ʎ间隔与４５ʎ间隔分布时ꎬ由于纤维排布较为复杂ꎬ多个方向角都有限制截面剪切的纤维阻力ꎬ所以剪切柔度小ꎬ导致冲压深度相同的情况下ꎬ其纤维转角较小ꎬ即产生较大的应力ꎮ同时可观察得到ꎬ在层间夹角为３０ʎ或４５ʎ排布的时候ꎬ由于碳纤维材料在板材的几何中心排布最为密集ꎬ理论上在几何中心的受力应该是最大的ꎬ其次才是下模与板材接触的区域ꎬ即云图显示其主要受力区域在板材与冲头接触的中心位置ꎻ而间隔９０ʎ排布则不同ꎬ碳纤维在几何分布上是均匀的ꎬ不会出现某一区域的受力性能明显高于其他区域的情况ꎬ所以其主要受力区域为下模与板材的接触位置[２０－２２]ꎮ不难看出ꎬ无论对复合板中的纤维层夹角如何排布ꎬ都无法消除复合板冲压过程中的各向异性ꎮ图４㊀不同层间夹角的１２层复合材料板应力云图示意Ｆｉｇ.４㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｏｆ１２￣ｌａｙｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓ图５㊀不同层间夹角的１２层复合材料板应变云图示意Ｆｉｇ.５㊀Ｓｔｒａｉｎｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｏｆ１２￣ｌａｙｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓ８１㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第４２卷表２㊀不同层间夹角及层数的复合材料板的冲压应力Ｔａｂ.２㊀Ｓｔａｍｐｉｎｇｓｔｒｅｓｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｐｌａｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓ层间夹角/(ʎ)冲击应力/ＭＰａ６层８层１２层２０层３０层０１０３.７１０６.１１１０.３８９.４８９.１３０８７２.４８７４.８９２０.２９９８.９９２３.６４５９０８.１９４９.０９３４.９９８２.９９６７.３９０１７０.３１０１.１１０８.５１１５.７１１４.６表３㊀不同层间夹角及层数的复合材料板的冲压应变Ｔａｂ.３㊀Ｓｔａｍｐｉｎｇｓｔｒａｉｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｐｌａｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓａｎｄｌａｙｅｒｎｕｍｂｅｒｓ层间夹角/(ʎ)冲压应变６层８层１２层２０层３０层００.０９９２０.１００２０.１０１２０.０９９９０.０９９４３００.０６４２０.０３５９０.０３０００.０３１９０.０２９３４５０.０４２５０.０３０４０.０２９９０.０３０１０.０２９９９００.１００９０.１００２０.１０１５０.１０２５０.１０３４㊀㊀对比０ʎꎬ３０ʎꎬ４５ʎꎬ９０ʎ层间夹角的４种不同纤维排布方式的应变云图可以看出ꎬ 十 字型排布方式的应变与 米 字形排布方式的应变有着本质的区别ꎬ即其发生应变的区域完全不同ꎬ而其应变的大小也是差别很大ꎬ９０ʎ铺层的复合材料应变较大ꎬ达到了１０％的形变程度ꎻ而４５ʎ与３０ʎ铺层的复合材料应变较小ꎬ仅有３％的形变ꎮ这些现象都说明了复合材料板的不同板间夹角排布会给冲压工艺带来不同的受力情况ꎬ随着其层间夹角排布的不同ꎬ其纤维层之间剪切转动方式㊁复合材料板的宏观力学性能等均会产生较大的差异[２２]ꎮ一般说来ꎬ９０ʎ夹角的排布方式时其冲压受力与成形性能要好于另外两种ꎮ但这种排布方式伴随而来的是较大的应变幅度ꎬ这也意味着这种排布方式较另外两种来说更容易产生受力破坏[２３]ꎮ这个结论符合碳纤维复合材料的力学成形原理ꎮ除了这四种为工程上常用的铺层方式以外ꎬ本文还进行了单层０ʎ夹角的复合材料板的热冲压仿真ꎮ最后的现象也合理地解释了复合材料板冲压成形的原理ꎬ即当碳纤维受力后ꎬ其纤维方向上几乎没有拉伸形变ꎬ而是产生位移ꎮ所以在宏观上ꎬ板材显示出来的就是纤维方向上的板材的 收束 形变ꎮ２.３㊀复合材料的板间层数对冲压工艺的影响本研究设置了５组铺层层数ꎬ设定总厚度一定ꎬ即铺层层数越多ꎬ每一铺层就越薄ꎮ此处拟定最大铺层数为３０ꎬ当铺层数超过３０的时候ꎬ每一层的厚度均降至０.０１ｍｍ以下ꎬ已经不符合常规的生产要求ꎮ同时ꎬ由于本研究主要讨论的是碳纤维复合材料的纤维排布方向与复合材料板间层数对热冲压的影响ꎬ所以对各方向纤维占比受力的影响并未给予考虑ꎮ由１２层复合材料板冲压应力云图(图４)及表２㊁表３分析可知ꎬ当总厚度一定时ꎬ板间层数相对于铺层方式来说ꎬ对冲压性能的影响不大ꎮ其中细微差别可以通过纵向对比来发现:冲压过程中的应力一般随着板间铺层的层数上升而上升ꎮ其主要原理是由于铺层层数变多ꎬ板料的稳定性也会越来越好ꎬ而且由于层数增多ꎬ使得其总层间摩擦力增大ꎬ这也会对冲压受力的情况带来一定的影响ꎮ所以在相同的冲压位移的情况下ꎬ其受力变得更高ꎮ因此也可以认为板间层数对碳纤维增强复合材料板的冲压性能影响较小ꎬ与板间连续纤维排布角度相比ꎬ板间层数的影响可以忽略不记ꎮ同时ꎬ因为复合材料板板件的厚度对板材的力学性能有很大的影响ꎬ所以相比于复合材料板间的复合层层数ꎬ复合材料板的厚度对于热冲压的性能影响更大ꎮ３㊀结论ａ.以ＡＢＡＱＵＳ为建模工具ꎬ利用工程常数建模同宏观力学结合的方法构建了碳纤维复合材料高温本构模型ꎮｂ.在选择复合层类型的时候ꎬ 连续壳 类型的仿真效果要明显好于常规壳ꎬ更加符合实际的受力情况ꎮｃ.碳纤维增强复合材料的热冲压性能主要取决于复合板层间的夹角排布ꎬ当夹角排布的方式越松散ꎬ纤维之间剪切柔度越高ꎬ则其在高温状态下冲压受力情况就越好ꎻ反之ꎬ当夹角排布的方式越稳定ꎬ则其在高温状态下的冲压受力情况就越差ꎮ其中综合看来是９０ʎ夹角排布时冲压受力较好ꎮｄ.在同样的温度和夹角排布的情况下ꎬ碳纤维增强复合材料板的板间层数对于冲压受力性能的影响不大ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀沈观林ꎬ胡更开ꎬ刘彬.复合材料力学[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２０１３:４－２０.９１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张华伟等.基于ＡＢＡＱＵＳ的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真[２]㊀张琦ꎬ高强ꎬ赵升吨.碳纤维复合材料板热冲压成形试验研究[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１２ꎬ４８(１８):７２－７４. 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[１７]刘展.ＡＢＡＱＵＳ有限元分析从入门到精通[Ｍ].北京:人民邮电出版社ꎬ２０１５:１９４－２０６.[１８]齐威.ＡＢＡＱＵＳ６.１４超级学习手册[Ｍ].北京:人民邮电出版社ꎬ２０１６:４９２－４９８.[１９]张建伟.ＡＢＡＱＵＳ有限元分析￣从入门到精通[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１５:２２－７９.[２０]ＣｈｅｎＱｉａｎｑｉａｎꎬＢｏｉｓｓｅＰꎬＰａｒｋＣＨꎬｅｔａｌ.Ｉｎｔｒａ/ｉｎｔｅｒ￣ｐｌｙｓｈｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓ￣ｉｔｅｓｉｎｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓ[Ｊ].ＣｏｍｐＳｔｒｕｃｔꎬ２０１１ꎬ９３(７):１６９２－１７０３.[２１]㊀张衡ꎬ严飙ꎬ龚友坤ꎬ等.碳纤维机织物增强热塑性树脂复合材料热冲压叠层模型[Ｊ].复合材料学报ꎬ２０１７ꎬ３４(１２):２７４１－２７４６.[２２]丁纺纺ꎬ彭雄奇.复合材料用机织物非正交本构模型的半球形冲压成型验证[Ｊ].复合材料学报ꎬ２０１１ꎬ２８(１):１５６－１６０.[２３]韩宾ꎬ王宏ꎬ于杨惠文ꎬ等.碳纤维增强热塑性复合材料盒形件热冲压成型研究[Ｊ].航空制造技术ꎬ２０１７(１６):４０－４５.ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｂａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳＺｈａｎｇＨｕａｗｅｉꎬＬｉＢｏｈｏｎｇ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙａｔＱｉｎｈｕａｎｇｄａｏꎬＱｉｎｇｈｕａｎｇｄａｏ０６６０００)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ(ＰＥＥＫ)ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｗａｓｓｉｍｕｌａ￣ｔｅｄｂａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇ.Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒａｎｄｔｈｅｔｙｐｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒｓｏｎｔｈｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃｏｕｌｄｂｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｅｎ￣ｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔａｎｔｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎻｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｏｌｉｄ￣ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｈｅｌｌｗａｓａｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｔｙｐｅｉｎｌｉｎｅｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎꎬｐｒｏｖｉｄｉｎｇａｂｅｔｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｔｈａｎｏｔｈｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｔｙｐｅｓꎻｔｈｅｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｏｆｃｏｍ￣ｐｏｓｉｔｅｓｗａｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓꎻｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒ￣ｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓｏｆ０ʎꎬ３０ʎａｎｄ４５ʎꎬｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｏｆ９０ʎｓｈｏｗｅｄｂｅｔｔｅｒｓｔｒｅｓｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｈｉｌｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇａｎｄｗａｓｐｒｏｎｅｔｏｂｅｉｎｇｄａｍａｇｅｄｄｕｅｔｏｈｉｇｈｅｒｓｔｒａｉｎꎻｔｈｅｌａｙｅｒｎｕｍｂｅｒｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｈａｄｎｏｏｂｖｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｔａｆｉｘｅｄｔｏｔａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎻａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｈｅｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｈｅｌｌａｎｄｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｏｆ９０ʎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒꎻｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌꎻｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｆｏｒｍａｔｉｏｎꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０２㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第４２卷。
基于ABAQUS的CCF300碳纤维层合板低速冲击破坏数值模拟
基于ABAQUS的CCF300碳纤维层合板低速冲击破坏数值模拟熊明洋;向忠;胡旭东;陆海亮【摘要】为了更有效预测国产碳纤维增强材料在冲击载荷下的损伤情况,以国产碳纤维(CCF300)/环氧树脂(5228)复合材料层合板为对象,利用专业有限元仿真软件ABAQUS进行冲击破坏性能数值模拟研究.采用复合材料渐进损伤法,建立CCF300碳纤维层合板在低速冲击载荷下的损伤和变形三维有限元模型.通过三维实体单元模拟层合板,利用内聚力接触模拟单层板间的接触,从而模拟层合板层内和层间的不同失效模式.使用FORTRAN语言编写ABAQUS材料用户子程序VUMAT实现模拟,程序中包含本构方程的求解、损伤准则对单元失效的判定和损伤单元参数退化3部分,材料的单元失效是通过引入状态损伤变量来判断.仿真模型可通过调用子程序来模拟复合材料的纤维拉伸、压缩失效、基体开裂、挤压失效4种层内损伤,同时ABAQUS本身可以模拟材料分层损伤.通过仿真得到了材料的最大冲击破坏载荷和损伤模式的效果图.%In order to more effectively study and predict the damage of domestic carbon fiber reinforced materials under impact load,this paper took the domestic carbon fiber (CCF300) / epoxy resin (5228) composite laminates as the object,the professional finite element simulation software ABAQUS was used for impact damage simulation.Based on the analysis of progressive damage,a three-dimensional finite element model of damage and deformation for composite laminates under low velocity impact was established.Being applied to three dimensional solid elements and cohesive elements,the model could simulate the different failure modes of intralaminar andinterlaminar damage for composite laminates.The numerical analysis was mainly carried out by using the user subroutine (VUMAT) of finite element software ABAQUS which included three parts: the solution of constitutive equation,the damage criterion to the failure of the element and material degradation of damage element.In the process of the simulation model could call the subroutine to simulate fiber tensile failure,fiber compress failure,matrix crushing and matrix cracking and the ABAQUS could simulate the delamination damage by itself.Finally,the maximum impact strength and damage pattern of the material were obtained by simulation.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2017(035)004【总页数】6页(P27-32)【关键词】复合材料;低速冲击;有限元分析;渐进损伤;ABAQUS有限元仿真软件【作者】熊明洋;向忠;胡旭东;陆海亮【作者单位】浙江理工大学机械与自动控制学院, 浙江杭州 310018;浙江理工大学机械与自动控制学院, 浙江杭州 310018;浙江理工大学机械与自动控制学院, 浙江杭州 310018;浙江理工大学机械与自动控制学院, 浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TB332[研究·设计]近几十年来，复合材料以其比强度高和比模量大、耐疲劳性能好、耐腐蚀性好等优点在航空、航海和汽车制造等多领域得到广泛的应用[1]。
cfrp层合板冲击后压缩失效分析数值模拟
摘要: 复合材料层合板的损伤容限是复合材料结构设计的关键因素ꎮ 针对碳纤维增强复合材料( ＣＦＲＰ) 层合板低速冲击
损伤和压缩破坏问题ꎬ本文基于连续损伤力学和粘结单元模型ꎬ在 ＡＢＡＱＵＳ 中对两种不同冲击能量下的层合板进行了低速冲
击和冲击后压缩仿真分析ꎬ并对层内和层间损伤进行了研究ꎬ分析了层合板的冲击损伤与压缩失效行为ꎬ通过与试验结果进行
二次冲击设备启动阻止试件受到二次冲击ꎮ 数据采
参数如表 １
[１５]
所示ꎮ
定到夹具上ꎬ落锤从设定高度落下冲击试件ꎬ之后防
Ｔａｂｌｅ １ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＣＦＲＰ ｌａｍｉｎａｔｅｓ
集系统利用压力传感器采集冲击过程中的冲击力
参 数
数 值
参 数
数 值
Ｅ １ / ＭＰａ
ＣＦＲＰ 层合板冲击后压缩失效分析数值模拟
１２
２０２０ 年 ５ 月
ＣＦБайду номын сангаасＰ 层合板冲击后压缩失效分析数值模拟
李要磊ꎬ 铁 瑛 ∗ ꎬ 李 成ꎬ 孙振辉
( 郑州大学机械与动力工程学院ꎬ 郑州
４５０００１)
２ 试验设备与方法
２ １ 材料和试件
度对冲击后压缩强度的影响
[７￣１０]
[１２]
分考虑了三维应力状态时的拉伸和压缩破坏机制ꎮ
分离定律来捕获损伤的发生和损伤演化ꎬ对复合材
料层间损伤、层内损伤情况以及损伤容限进行了相
关研究ꎮ Ｇｏｎｚáｌｅｚ 等
[１３]
采用连续壳单元和粘性表
面的有限元模型求解策略来模拟冲击后的压缩行
１３
２０２０ 年第 ５ 期
ｍｍꎮ 铺层顺序为[ ９０ / ４５ / － ４５ / ０] ３Ｓ ꎬ层合板的材料
纤维复合材料－钢组合柱侧向冲击试验和有限元仿真分析
高了钢管的耐久性能，在同样荷载条件下，可以减小
钢管壁厚，降低用钢量，减轻结构质量。 本课题组已
将 ＦＲＰ － 钢组合柱运用到两个实际工程上，分别是
上海和太原立交桥墩柱，但 ＦＲＰ － 钢组合柱在侧向
冲击下的性能研究还未见报道。
本文通过对一端固定一端自由的 ＧＦＲＰ 约束钢
管组合柱进行侧向冲击试验并且利用 ＡＢＡＱＵＳ ／ Ｅｘ⁃
也被应用于新结构的建设，如全 ＦＲＰ 桥、ＦＲＰ 桥面
板、ＦＲＰ 板桩、组合结构、防撞结构等
［３ － ６］
。 上海外
环线浦东段 ＦＲＰ 防撞护栏，由挤拉 ＦＲＰ 立杆与 ＦＲＰ
Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ２０１７ （２） ， Ｖｏｌ ３２， Ｎｏ ２１８
包裹钢管混凝土柱（ ＣＦＳＴ） 试件的三点弯冲击试验，
能的影响。
冲击高 度 可 达 ２０ ｍ， 最 大 冲 击 速 度 可 达 ２０ ｍ ／ ｓ
２ 试验研究
质量，每个砝码的质量为 ５０ ｋｇ，砝码数量为 １６ 个，
（１０８ ｋｍ ／ ｈ） ，可通过增加砝码的个数来调节落锤的
２ １ 试验设计
共进行了 ６ 根构件的制作及试验，其中 ３ 根为
ＧＦＲＰ 约束钢 管 试 件， 其 余 ３ 根 为 钢 管 对 比 试 件。
柱 在 侧 向 冲 击 作 用 下 的 响 应 进 行 有 限 元 模 拟。
表 ３ 冲击试验结果
试件
Ｓ － １ ３试件降低了 ２１ ６５％ ，冲击点最大位移降低
冲击点
ｋＮ
最大位移 ／ ｍｍ
３７ ６３
４８ ２２
３２ １５
３３ ４８
３５ ８０
３１ ２９
６２ ９４
２９ ７２
开孔碳纤维复合材料层合板的拉伸失效有限元分析
ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
收稿日期: ２０２１ － ０６ － ０５
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( Ｎ２１２３０２８) ꎻ 河北省自然科学基金青年基金资助项目( Ｅ２０２１５０１０１１) .
行为. 通过对三种单元模型进行模拟ꎬ结果表明:开孔造成的应力集中会使层合板在拉伸过程中纤维与基体更
易失效ꎬ成为裂纹源ꎻ在层合板失效过程中ꎬ都呈现“ Ｘ 形” 向“ 沙漏形” 失效发展趋势ꎬ最终沿宽度方向断裂ꎻ
实体模型模拟精度相比于传统壳单元、连续壳单元的偏高更接近实验数值ꎬ三种单元模拟极限失效载荷与实
ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｖａｌｕｅ. Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔ ｆａｉｌｕｒｅ ｌｏａｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｄｉｆｆｅｒ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ｄａｔａ ｂｙ ２６ １％ꎬ ３１ １％ꎬ ａｎｄ ８ ６４％ꎬ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.
提出了
响应. 综上ꎬ可以看出 Ｈａｓｈｉｎ 准则对于复合材料
参数化三维逐渐损伤模型ꎬ采用三维 Ｈａｓｈｉｎ 准则
的模拟效果较好ꎬ但目前学者利用 Ｈａｓｈｉｎ 准则进
载荷作用下的分层扩展行为. 王丹勇等
和直接折减退化材料属性来模拟含中心圆孔层合
板准静态拉伸失效. 吴悦雷
[５]
采用三维 Ｈａｓｈｉｎ 失
限承载能力. 但其应用的失效准则形式更接近于
三维情况下的 Ｃｈａｎｇ － Ｃｈａｎｇ 失效准则ꎬ且最后
多层碳纤维布复合材料超声检测的有限元模拟
多层碳纤维布复合材料超声检测的有限元模拟李伟;李建增;周海林;李德良【摘要】In combination of the nondestructive testing requirements of aircraft composite structures, the process of multi-layers carbon fiber composite specimen is introduced. And the basic principles and characteristic of ultrasonic reflection method are stated. Finally the finite element method is used to simulate the ultrasonic testing. By simulation results and experiment waveforms are compared, the result can see that finite element analysis method is an effective means to ultrasonic testing on composite materials, and it also can predict experiment of results and assessment in a certain extent. Meanwhile, experiment result shows that ultrasonic inspection in multi-layers carbon fiber composite has high detecting precision and much better detection effects. Whether composite materials have defects as well as the defects position can identify.%结合飞机复合材料无损检测需求，介绍了多层碳纤维布的材料工艺，分析了超声反射法的基本原理及其特点，并利用有限元方法对超声检测过程进行了数值模拟。
碳布增强木质层合板的有限元渐进损伤分析
碳布增强木质层合板的有限元渐进损伤分析张延林;李秋阳【摘要】In order to enhance the properties of composites,the carbon fiber cloth reinforced wooden laminate was taken as the sample plate,and a finite element progressive damage model was established. Both Hashin and BK failure criteria were taken as the failure judgment criteria,and the degradation method was used for the experimental analysis.In addition,the ABAQUS/Explicit software was used for the parametric modeling,and the damage of laminate under the low speed impact effect was forecasted and analyzed.The results show that compared with the delamination area of 0 layer laminate,the delamination area of carbon fiber cloth reinforced wooden laminate reduces about by 50%.The experimental and calculated values of impact contact force are in good agreement,which verifies the feasibility of degradation model and the validity of finite element model.%为了提高复合材料的性能，以碳布增强木质层合板为样板，建立了有限元渐进损伤分析模型。
层合板冲击损伤的 PD 率效应本构模型分析
层合板冲击损伤的 PD 率效应本构模型分析孙朝阳;黄再兴【摘要】从近场动力学（简称PD）理论的PMB材料模型出发，结合Kelvin‐Voigt粘弹性固体模型，建立PD率效应本构模型。
采用LAMMPS软件模拟了环氧树脂板、纤维增强复合材料单向层板和多向铺层层合板受冲击的情况。
通过分析各板的冲击损伤，探索纤维对板的增强作用。
同时，分析了不同冲击速度下层合板上下表面的损伤程度，初步探讨了从低速碰撞到高速冲击过程中复合材料层合板的破坏机理及规律。
%A peridynamic rate‐dependent constitutive equation is advanced based on the prototype micro‐elastic brittle (PMB) model and the Kelvin‐Voigt viscoelastic model .By means of the LAMMPS molecu‐lar dynamic code ,we perform the simulations for the isotropic circular epoxy plate ,the uni‐directional composite laminate and the multi‐directional composite laminate subjected to impact loading ,and compare their impact resistance .Meanwhile ,we analyze the damage on upper and lower surface of the multi‐directional composite laminate subjected t o impact loadings with various velocities .The results reveal the failure mechanism of composite laminate in the impacting process from low‐velocity collision to high‐velocity penetration .【期刊名称】《计算力学学报》【年(卷),期】2016(033)006【总页数】6页(P840-845)【关键词】近场动力学;PD率效应本构模型;复合材料层合板;冲击速度;损伤【作者】孙朝阳;黄再兴【作者单位】南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京210016;南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京210016【正文语种】中文【中图分类】TP273;O313复合材料在比强度、比刚度和疲劳强度方面具有显著优势，因而在现代飞行器结构中得到广泛应用。
层合板在冲击载荷作用下本构方程的研究
层合板在冲击载荷作用下本构方程的研究范文昭;王居林【摘要】纤维增强复合材料层合板的冲击响应是一个兼有几何非线性、材料非线性、接触非线性的复杂过程.本文采用连续介质力学,对层合板的运动、变形进行描述,给出了冲击系统的有限元列式.并一步分析研究层合板在低速冲击作用下的极限承载能力,最后导出有限应变低阶壳单元在显式分析中的应力更新方法,便于在有限元程序中加入复合材料的弹塑性本构模型.【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2010(027)004【总页数】5页(P17-21)【关键词】层合板;低速冲击;非线性有限元模型【作者】范文昭;王居林【作者单位】山西建筑职业技术学院建筑结构研究所,太原,030006;山西建筑职业技术学院建筑结构研究所,太原,030006【正文语种】中文复合材料梁、板、壳结构在应用中是否能充分发挥其性能优势在很大程度上依赖于动力性能，其中，低速冲击性能倍受关注。
这主要是因为复合材料结构在使用期限内不可避免会受到低速冲击作用而且这类结构对冲击作用又十分敏感［1－2］。
低速冲击问题的研究方法通常有实验方法、解析方法和数值分析方法。
一些学者［3－13］通过一些简化假设建立冲击力学模型，通过理论分析得到解析解，以较为简洁的形式给出有关物理量之间的关系。
但为了数学求解能得以进行下去，除了对结构几何条件做出简化假设外，还必须对材料特性、破坏机制、运动状态做许多的限制和简化，因而有较大的局限性。
对于复杂结构形式、冲击过程涉及几何、材料或边界条件非线性等低速冲击问题，一般采用数值方法。
本文在前人研究的基础上，从接触问题出发，构建层合板在低速冲击载荷作用下的有限元方程，便于进一步研究复合材料的动态性能和复合材料结构的动态响应。
设有一个复合材料板、壳结构(域ΩA)受到冲击头(域ΩB)的低速冲击作用，两个碰撞物体的接触面域为ΓC=ΓA∩ΓB，ΓA是ΩA的表面，ΓB是ΩB的表面，如图1所示。
在ΓC上构建局部坐标系(e^x，e^y，nA)，使得nA=e^x×e^y，并可知nA为表面ΓA点的外法线。
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碳纤维层合板冲击吸能有限元模拟
作者：朱亦钢王晋张子龙
来源：《计算机辅助工程》2013年第02期
摘要：为预测复合材料结构的冲击吸能效果，用三维有限元法模拟金属圆柱体冲击碳纤维层合板的过程.层合板被简化为三维正交各向异性材料板；采用Abaqus提供的vumat等扩展编程接口，用FORTRAN编写程序表征材料的弹性、强度和累积失效，实现动态破坏过程仿真；计算结果与冲击试验结果具有可比性.Abaqus的显式分析方法结合编程接口可用于层合板的冲击吸能仿真，结果的准确性取决于用户建立的材料模型.对不同速度、质量和直径的金属圆柱
体的冲击进行计算，结果表明在穿透情况下，随着圆柱体速度的增加，圆柱体的动能衰减增多，而系统动能的减少相对稳定，因此后者更适合于临界速度的计算.
关键词：复合材料；冲击；侵蚀；吸能；仿真模拟；有限元
中图分类号： V258.3； TB115.1文献标志码： B
作者简介：朱亦钢（1960—），男，山东邹平人，高级工程师，硕士，研究方向为复合
材料力学性能分析与仿真，（Email）zygso@0引言
连续纤维增强的复合材料由于强度高、重量轻而越来越多地应用在航空航天飞行器结构上，新结构设计时需评估飞行壳体和结构对外部或自身失效碎块撞击的抵御能力.物体的冲击
破坏是在短时间内发生的动态过程，受到制件和冲击物的材质、形状以及撞击速度等因素影响，实物试验难以模拟各种情况.
近年来，随着计算机模拟技术的发展，通过数值仿真方法可以计算出各种预设条件下的冲击过程和效果，从而大量减少实物试验.复合材料结构的冲击分析除考虑一般侵蚀过程所面临
的各种影响因素外，还包括材料基体和增强体的不同性能、铺层的各向异性以及损伤失效方式的变化和作用等.
虽然Abaqus具有较强的非线性力学计算能力[12]，但是对于冲击侵蚀等三维复杂问题，6.9版本的Abaqus/CAE前处理界面中也未提供直接建立模型的完整方法.计算时对材料模型采用平台提供的FORTRAN编程接口技术，冲击接触过程则需要编辑输入文件.。