Abaqus在轿车车轮紧固螺栓强度仿真分析中的应用

本文从以下几个点来介绍Abaqus在复合材料里面的应用：

1. SIMULIA公司简介

2. Abaqus软件模块配置

3. Abaqus分析技术介绍

4. Abaqus在复合材料的应用优势

5. Abaqus统一的有限元分析平台

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Abaqus 在复合材料领域的优势

复合材料介绍

复合材料有许多特性：

1. 制造工艺简单

2. 比强度高，比刚度大

3. 具有灵活的可设计性

4. 耐腐蚀，对疲劳不敏感

5. 热稳定性能、高温性能好

由于复合材料的上述优点，在航空航天、汽车、船舶等领域，都有广泛的应用。复合材料的大量应用对分析技术提出新的挑战。

复合材料的结构

复合材料是一种至少由两种材料混合而成的宏观材料，其中的一种材料被称作基体，其它的材料称作纤维。其中纤维可以包含很多不同的形式：离散的宏观粒子，任意方向的短纤维，规则排列的纤维和织物。

典型的复合材料

单向纤维层合板 - 冲击分析

编织复合材料 - 挤压分析

蜂窝夹心复合材料 - 不可见冲击损伤分析

基体和纤维的存在形式以及材料属性对于复合材料的力学行为有着很大的影响。改变纤维和基体的属性目的就是在于生成一种复合材料具有如下性质：

1. 低成本：原型，大规模生产，零件合并,维修，技术成熟。

2. 期望的重量：轻重量，比重分配合理。

3. 改进的强度和刚度：高强度/高刚度比。

4. 改进的表面属性：良好的耐腐蚀性,表面抛光性好。

5. 期望的热属性：较低的热传导性，热膨胀系数较低。

6. 独特的电属性：具有较高的绝缘强度，无磁性。

7. 空间适应性：大部件，特殊的几何构型。

复合材料的有限元模拟

根据不同的分析目的，可以采用不同的复合材料模拟技术：

1. 微观模拟：将纤维和基体都分别模拟为可变形连续体。

2. 宏观模拟：将复合材料模拟为一个正交各向异性体或是完全各向异性体。

3. 混合模拟：将复合材料模拟为一系列离散、可见的纤维层合板。

4. 离散纤维模拟：采用离散单元或是其它模拟工具进行模拟。子模型模拟：对于研究加强纤维周围点的应力集中问题比较有效。

Abaqus中复合材料的单元技术

Abaqus中复合材料的单元技术主要为三种:分层壳单元、分层实体单元以及实体壳单元。

复合材料截面属性的定义：*SHELL SECTION，COMPOSITE复合材料定义：各向同性、正交各项同性、层合板、工程常数以及各向异性等。

特点：可以用实体单元来模拟考虑厚度方向的复合材料分析。

损伤失效模拟

Abaqus可以对复合材料的纤维和基体的材料以及接触界面进行渐进损伤和失效分析。渐进损伤和失效对于纤维和基本的失效模式预测：

1 )Hashin Criteria ；

2 )UMAT (Abaqus/Standard)；

3 )VUMAT (Abaqus/Explicit)。

胶结层合板发生分层失效：

1 ) Virtual Crack Closure Technique (VCCT)

2 )Cohesive Elements ；

3 ) Cohesive Contact.