一种复合材料及其结构的多尺度响应分析方法_2

文档序号:9432811阅读:来源:国知局
>[0056]例如,在本发明的较佳实施例中,所述建立分析对象的细观分析模型可以包括如下所述的步骤:
[0057]步骤111,根据具有周期性细观结构的待分析的复合材料的细观结构特征,选取用于表征复合材料的细观周期特性的代表性体积单元(RVE)。
[0058]图3为本发明实施例中的单向增强复合材料细观分析模型。如图3所示,较佳的,在本发明的具体实施例中,所述代表性体积单元可以包括:基体相、增强相以及界面相。
[0059]步骤112,根据所选取的代表性体积单元,建立相应的有限元分析模型,并采用周期性网格划分方法进行网格划分。
[0060]较佳的,在本发明的具体实施例中,针对所选取的RVE,可以使用常用的用于工程模拟的有限元系统(例如,ABAQUS)建立该RVE的有限元分析模型,并采用周期性网格划分方法进行网格划分,从而保证对应面上的节点对应一致。
[0061]步骤113,确定待分析的复合材料各相的本构,并根据该复合材料的增强相、基体相以及两者之间界面,定义该复合材料在外载荷作用下损伤萌生与演化行为。
[0062]较佳的,在本发明的具体实施例中,可以采用用户自定义的方法给定复合材料各相的本构,并利用有限元系统(例如,ABAQUS)内嵌的第一计算模块(例如,UMAT),针对复合材料增强相、基体相以及两者之间界面,定义其在外载荷作用下损伤萌生与演化行为。
[0063]较佳的,在本发明的具体实施例中,所述损伤萌生与演化行为可以包括如下所述的内容:损伤萌生准则、损伤演化规律和损伤材料的应力应变关系。
[0064]步骤114,设置基于结果的变量SDV用于表征并传递材料的损伤状态。
[0065]较佳的,在本发明的具体实施例中,可以在ABAQUS中定义基于结果的变量(SDV)以表征并传递材料的损伤状态。
[0066]通过上述的步骤111?114,即可建立待分析的复合材料的细观分析模型。
[0067]步骤12,将所述细观分析模型转换为多尺度分析所需的模型。
[0068]在本发明的技术方案中,可以使用多种【具体实施方式】来将所述细观分析模型转换为多尺度分析所需的模型,以下将以其中的一种【具体实施方式】为例,对本发明的技术方案进行详细的介绍。
[0069]例如,在本发明的较佳实施例中,所述将所述细观分析模型转换为多尺度分析所需的模型可以包括:
[0070]根据周期性边界的基本原理,通过周期性加载的方法,在所述细观分析模型的对应面、对应线以及对应顶点处的各个对应节点之间,建立位移方程式(Equat1ns)约束。[0071 ] 较佳的,在本发明的具体实施例中,可以根据周期性边界的基本原理,利用ABAQUS内嵌的Python Development Environment,编写执行周期性加载的脚本,从而在细观有限元分析模型的对应面、对应线以及对应顶点处的各个对应节点之间,建立Equat1ns约束。
[0072]步骤13,建立待分析的复合材料的宏观分析模型。
[0073]在本发明的技术方案中,可以使用多种【具体实施方式】来建立待分析的复合材料的宏观分析模型,以下将以其中的一种【具体实施方式】为例,对本发明的技术方案进行详细的介绍。
[0074]例如,在本发明的较佳实施例中,所述建立待分析的复合材料的宏观分析模型可以包括如下所述的步骤:
[0075]步骤131,根据待分析的复合材料的宏观结构,建立所述复合材料有限元分析模型,并划分网格,建立载荷与边界条件。
[0076]图2为本发明实施例中的开孔板单向拉伸模型示意图。如图2所示,较佳的,在本发明的具体实施例中,可以针对待分析的复合材料的宏观结构,借助于有限元系统(例如,ABAQUS)并基于位移解法,建立该复合材料的有限元分析模型,划分网格,建立载荷与边界条件。
[0077]步骤132,确定待分析的复合材料的本构行为。
[0078]较佳的,在本发明的具体实施例中,在本步骤中,可以利用有限元系统(例如,ABAQUS)内嵌的第一计算模块(例如,UMAT),定义待分析的复合材料的本构行为。
[0079]另外,上述步骤132中并不利用复合材料宏观性能,而是置入文件接口,以便于调用细观模型。
[0080]步骤133,设置基于结果的变量SDV用于表征并传递材料的损伤状态。
[0081]较佳的,在本发明的具体实施例中,可以在ABAQUS中定义基于结果的变量(SDV)以表征并传递材料的损伤状态。
[0082]通过上述的步骤131?133,即可建立待分析的复合材料的宏观分析模型。
[0083]步骤14,对所述宏观分析模型进行分析,并调用待分析的复合材料的细观分析模型。
[0084]在本发明的技术方案中,可以使用多种【具体实施方式】来对所述宏观分析模型进行分析,并调用待分析的复合材料的细观分析模型,以下将以其中的一种【具体实施方式】为例,对本发明的技术方案进行详细的介绍。
[0085]例如,在本发明的较佳实施例中,所述对所述宏观分析模型进行分析,并调用待分析的复合材料的细观分析模型可以包括如下所述的步骤:
[0086]步骤141,对所述宏观分析模型进行分析,在单元积分点调用相应的第一计算模块执行材料响应的计算。
[0087]较佳的,在本发明的具体实施例中,可以利用ABAQUS执行对所述宏观分析模型的分析,由于使用了用户自定义材料行为,ABAQUS会在单元积分点调用相应的第一计算模块(例如,UMAT)执行材料响应的计算。
[0088]步骤142,将增量步开始时的应变、应力、材料初始损伤状态、该增量步的应变增量以及其他有限元分析信息传递给所述第一计算模块。
[0089]较佳的,在本发明的具体实施例中,由于ABAQUS是基于位移解法的有限元方法,在UMAT中,ABAQUS将增量步开始时的应变、应力、材料初始损伤状态、该增量步的应变增量以及其他有限元分析信息传递给UMAT。
[0090]步骤143,所述第一计算模块根据当前的应力状态判断当前计算的积分点所处的状态;当所处的状态为无损伤状态或完全损伤状态时,采用当前宏观均匀化性能执行步骤17 ;当所处的状态为临界损伤状态或部分损伤状态时,执行步骤15。
[0091]较佳的,在本发明的具体实施例中,通过宏观唯象强度准则,所述第一计算模块(例如,UMAT)可以根据当前的应力状态判断当前计算的积分点是以下何种状态:(I)无损伤状态;(2)临界损伤状态;(3)部分损伤状态;(4)完全损伤状态。针对(1)、(4)状态,采用当前宏观均匀化性能执行下一步分析,针对(2) (3)状态,则转向执行下一步,即步骤15。
[0092]步骤15,宏观分析模型将第一传递信息传递给所述细观分析模型;所述细观分析模型根据所接收的第一传递信息进行对应的操作。
[0093]较佳的,在本发明的具体实施例中,所述第一传递信息可以包括:增量步开始时的应变、材料初始损伤状态和所述增量步的应变增量信息。
[0094]例如,在本发明的较佳实施例中,在宏观分析模型的第一计算模块(例如,UMAT)中,可以通过预留的接口将增量步开始时的应变、材料初始损伤状态和所述增量步的应变增量信息传递给细观分析模型。
[0095]较佳的,在本发明的具体实施例中,所述细观分析模型根据所接收的第一传递信息进行对应的操作可以包括:
[0096]根据所述增量步开始时的应变和所述增量步的应变增量获取增量步结束时的应变,根据所获取的应变修改当前细观分析模型中的周期性边界,建立宏观应变载荷;
[0097]利用预设的第二计算模块(例如,SDVINI),根据所述宏观分析模型给定的材料初始损伤状态,定义细观分析模型中增强相、基体及界面相的初始损伤状态。
[0098]步骤16,执行所述细观分析模型的响应分析。
[0099]在本发明的技术方案中,可以使用多种【具体实施方式】来执行所述细观分析模型的响应分析,以下将以其中的一种【具体实施方式】为例,对本发明的技术方案进行详细的介绍。
[0100]例如,在本发明的较佳实施例中,所述执行所述细观分析模型的响应分析可以包括如下所述的步骤:
[0101]步骤161,以单胞X、Y、Z三个轴正向的顶点作为控制节点,对单胞逐次施加6个线性独立的应变载荷。
[0102]步骤162,在原有的材料损伤状态上,根据由宏观分析模
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