三维仿真分析总结

初学Abaqus，最开始是从Abaqus/cae上手，通过练习书上的几个简单例子，熟悉了这个软件的几个分析模块和作业流程。这一块儿学起来其实不用花太长时间，有个总体概念就好，知道有part、property、assembly、interaction、step、load、mesh、job、visualization几个模块和各自的作用。毕竟直接通过Abaqus/cae建模分析是最low的，效率也是最低的，单个模型还好，要是批量计算还不点鼠标点到抽筋（好吧，我承认我这样干过，点了一天的鼠标，最后手确实抽筋了）……

后来网上查到原来还有一个叫Inputfile的东西，格式为.inp，包含模型所有节点单元信息和每一步操作。这东西好，类似于Ansys的命令流，不过它不能像Ansys命令流那样一条一条输入（虽然我仅仅是和Ansys见过面，还没来得及打招呼就转向Abaqus了……），要整个文件一起在Job中运行。Inp文件可以在Abaqus/cae中建好模型并完成一系列前处理操作后，在Job模块生成，用记事本即可打开编辑。生成好了一个inp文件后，对于相同模型就可以仅改动其中相关参数的设置，增加或减少前处理中某一模块的内容。对于模型和网格每次计算都要变化的，在inp里是改不了的。像循环、条件选择语句，inp中也是没有的。而且改动inp参数貌似也不是件容易的事，要拖动进度条到想要的位置并没那么容易，因为复杂模型的节点单元信息估计就有上千行。在了解了这些之后，感觉inp给人的印象就是呆板不够灵活，就是把cae中的关键信息存了起来，所以果断放弃inp这条路子。对于复合材料中上百根纤维，而且还是随机分布的，要是没有循环和程序化语言是不可能完成的。

继续查，终于遇到心仪的那个它——Python。网上一查，原来Python是国外一个教授闲得无聊时开发出的一个面向对象的高级编程语言，其整齐的代码、较高的执行效率以及非常好的可读性大受码农们的欢迎，现在越来越多的人都在学习它。原来Abaqus这个软件就是用Python语言编的，所以它也支持运行Python脚本。之前还傻乎乎地把inp文件中的命令往Abaqus/cae界面最下方的命令行输入窗口粘贴，结果运行不了。其实那个窗口运行的就是Python语言编的命令，类似于Ansys中的命令流。最最最重要的是，Abaqus/cae中的每一个操作都对应一组Python命令语句，并且可以通过牛人编的软件PythonReader读取这些命令。这简直就是重大利好有木有……接着就踏上了在Abaqus软件中编写Python脚本的漫漫征程….值得推荐的学习资料有：Abaqus帮助文档，《Python语言在Abaqus中的应用》曹金凤，《基于ABAQUS的有限元分析和应用》庄茁，还有Simwe仿真论坛。

说了那么多没用的，接下来开始总结在复合材料三维建模及分析过程中选取的参数及结果，让以后少走弯路。

一、阶段1

模型采用板状，尺寸为0.5x0.3x0.06，如下图所示。400根纤维，Vf=51.8%。基体网格为0.01，纤维网格为0.001。上午开始，到晚上才计算完，没有出error。结果出现明显非线性。

特点：

▼直纤维。

▼Step类型为static，riks。

▼随机生成算法为Hard-core，生成50%左右速度还是比较快的，大概需要10000次循环，无法生成60%。

▼采用位移载荷。

▼尺寸偏大，计算量大，可以去掉多余部分。

二、阶段2

模型采用方形截面，尺寸为0.3x0.1x0.1，如下图所示。176根纤维。Vf=60%。基体网格为0.01，纤维网格为0.001。采用方形截面是随机算法都是在方形区域产生随机点。

边界条件开始时为：限制底面除U3的所有节点，并限制与底面上z轴垂直的一边U3。加载面类似。计算过程中出现了下面几种纤维走向：前5种都是随机分布，最后一种是均匀分布。（后来加了中性层和中心线约束，结果差不多。）

特点： ▼直纤维。

▼随机生成算法为LHS_RSE ，生成60%只要0.05s 左右。 ▼边界条件和网格（主要是横截面）对结果影响非常大。

结果显示，临界力有一部分集中在21N ，有另一部分集中在35N 。

均匀分布

剑桥论文中基体模量11.Gpa 复合材料书上基体模量4GPa

三、阶段3

由于之前模型的横截面为方形，纤维向各个方向弯曲的随机性太大，而且与实验采用的样品截面形状相差比较大，故采用0.2x0.2x0.05。另外，直纤维压缩不太容易失稳，加入初始弯曲缺陷。若每根纤维弯曲方向和幅值相同，则在外围纤维弯曲部分有可能超出基体。所以引入类似于剑桥论文中的弯曲分布，分别是厚度（a ）和横向（b ）渐进初始弯曲。弯曲长度为1/5的纤维长度。

（a ） （b ）

边界条件为加载端和固定端全固定。Step 设置了增量步数为15，初始增量步为0.05，最小增量步为0.001，最大增量步为0.1，设置位移停止准则（当加载面位移为0.005时计算自动停止）。

对于横截面网格大小，选0.005。纤维网格大小为0.001。 生成渐进弯曲的通用表达式为：

tan()

2180sin cos cos 2A a x x k y k a a b

πππππ=-+ ，

（-a/2

（单位是度），k 是幅值方向坐标。

失败的尝试：

采用explicit 方法求解速度非常慢，一天时间都没计算完。