基于Abaqus的有限元渐进损伤强度分析_孔祥宏VIP免费

第29卷第10期计算机应用与软件Vol.29No．102012年10月ComputerApplicationsandSoftwareOct．2012基于Abaqus的有限元渐进损伤强度分析孔祥宏王志瑾(南京航空航天大学航空宇航学院江苏南京210016)收稿日期:2011－12－22。孔祥宏，硕士生，主研领域:飞机结构设计，复合材料结构设计及优化。王志瑾，教授。摘要以含损伤复合材料泡沫夹层板为例，介绍有限元渐进损伤强度分析方法在结构强度计算中的应用。对复合材料面板采用Hill-Tsai强度理论和Tsai-Wu张量理论作为强度判断依据，采用一定的材料性能退化方法，对有限元模型中破坏的单元进行刚度折减。使用Abaqus/CAE进行参数化建模，使用Python程序控制渐进损伤分析的整个过程。经过实验和算例验证，有限元渐进损伤强度分析的结果与实验结果极其吻合。因此，渐进损伤分析方法结合适当的强度理论、材料性能退化方法可以应用于复杂结构的强度分析。关键词复合材料泡沫夹层板渐进损伤强度分析材料性能退化刚度折减参数化建模中图分类号TP301文献标识码ADOI:10．3969/j．issn．1000-386x．2012．10．062FINITEELEMENTINCREMENTALDAMAGESTRENGTHANALYSISBASEDONABAQUSKongXianghongWangZhijin(CollegeofAerospaceEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，Jiangsu，China)AbstractTakingthedamagedcompositesandwichpanelwithfoamcoreasanexample，weintroducetheapplicationoffiniteelementin-crementaldamagestrengthanalysisinstructuralstrengthcalculation．Forcompositeskins，Hill-TsaistrengththeoryandTsai-Wutensortheoryareadoptedasthestrengthjudgementbasis，andthemethodofmaterialperformancedegradationisusedinstiffnessreductionofthedamagedelementsinfiniteelementmodel．ParametricmodellingisimplementedusingAbaqus/CAE．Pythonprogramisutilisedtocontrolwholeprocessofincrementaldamageanalysis．Theresultsoffiniteelementincrementaldamagestrengthanalysisagreeverywellwiththeresultsoftestthroughtestingandnumericalexamplesverification．Consequently，theincrementaldamageanalysismethod，inconjunctionwithsuitablestrengththeoryandmaterialperformancedegradationmethod，canbeusedtothestrengthanalysesofcomplexstructure．KeywordsCompositesandwichpanelwithfoamcoreIncrementaldamageStrengthanalysisMaterialperformancedegradationStiff-nessreductionParametricmodelling0引言有限元渐进损伤分析方法可以模拟损伤扩展过程，在强度分析中采用渐进损伤分析方法，可以得到较精确的强度值。渐进损伤强度分析方法通常使用商用有限元软件实现，其分析结果的准确性主要受两个因素影响:一是强度准则的选用;二是材料性能退化的方法。本文以复合材料泡沫夹层板为例，使用Abaqus有限元软件和Python程序介绍包含三种不同材料的结构的有限元渐进损伤强度分析。1复合材料泡沫夹层板介绍复合材料泡沫夹层板由上下面板、泡沫夹芯和面板与夹芯之间的胶层组成。对于复合材料泡沫夹层板在压缩载荷下的有限元渐进损伤强度分析，主要包含以下内容:(1)夹层板的复合材料面板、泡沫夹芯和胶层三种材料的强度准则;(2)夹层板的复合材料面板、泡沫夹芯和胶层的单元的材料性能退化方法;(3)在Abaqus环境下的有限元渐进损伤强度分析的控制程序。1．1材料属性复合材料泡沫夹层板的材料属性如表1所示。表1材料属性第10期孔祥宏等:基于Abaqus的有限元渐进损伤强度分析2371．2强度准则对于复合材料面板，常用的强度理论有最大应力理论、最大应变理论、Hill-Tsai强度理论、Tsai-Wu张量理论等。其中，因为最大应力理论和最大应变理论与实验结果不太一致，所以这两种理论不太适用于复合材料。1．2．1Hill-Tsai强度理论在平面应力状态下，由单层复合材料强度X、Y、S表示的Hill-Tsai强度理论如式(1)所示:σ11X2－σ1σ2X2+σ22Y2+τ212S2=1(1)在式(1)中，X:轴向或纵向强度(沿材料主方向1);Y:横向强度(沿材料主方向2);S:剪切强度(沿1－2平面)。Hill-Tsai强度理论认为破坏强度X、Y、S之间存在相互...