結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析技術(shù)教程

結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件：ABAQUS：ABAQUS復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析技術(shù)教程1緒論1.1復(fù)合材料的基本概念復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)方法組合而成的新型材料。這些材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料具有優(yōu)于單一材料的特性，如更高的強度、更好的耐熱性、更輕的重量等。復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，尤其是對于層壓復(fù)合材料，需要考慮材料的各向異性、層間效應(yīng)以及損傷機(jī)制等復(fù)雜因素。1.2ABAQUS軟件簡介ABAQUS是一款功能強大的有限元分析軟件，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域的仿真分析。在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析方面，ABAQUS提供了豐富的材料模型和分析工具，能夠精確模擬復(fù)合材料的非線性行為、損傷演化以及失效模式。ABAQUS的復(fù)合材料分析模塊支持多種復(fù)合材料模型，包括層壓復(fù)合材料、纖維增強復(fù)合材料等，能夠進(jìn)行靜態(tài)、動態(tài)、熱力學(xué)和疲勞等多物理場耦合分析。2復(fù)合材料的建模與分析2.1材料屬性定義在ABAQUS中，復(fù)合材料的材料屬性可以通過Material命令來定義。例如，定義一種各向異性材料，可以使用以下代碼：#定義各向異性材料屬性

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

session.Viewport(name='Viewport:1',origin=(0.0,0.0),width=128.0,height=96.0)

session.viewports['Viewport:1'].makeCurrent()

session.viewports['Viewport:1'].maximize()

#創(chuàng)建材料

myModel=mdb.models['Model-1']

myMaterial=myModel.Material(name='CompositeMaterial')

#定義各向異性彈性屬性

myMaterial.Elastic(type=ANISOTROPIC,table=((100000.0,0.3,0.3,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0),))

#定義損傷模型

myMaterial.DamageInitiation(table=((0.001,0.001),))

myMaterial.DamageEvolution(type=ENERGY,table=((1.0,0.0),))上述代碼中，我們首先創(chuàng)建了一個名為CompositeMaterial的材料，然后定義了其各向異性的彈性屬性和損傷模型。各向異性彈性屬性通過一個9元素的元組來定義，分別對應(yīng)于材料在不同方向上的彈性模量和泊松比。2.2結(jié)構(gòu)建模ABAQUS支持通過Part命令創(chuàng)建復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型。例如，創(chuàng)建一個層壓復(fù)合材料板：#創(chuàng)建層壓復(fù)合材料板

myPart=myModel.Part(name='CompositePlate',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

#創(chuàng)建參考點

myPart.ReferencePoint(point=(0.0,0.0,0.0))

#創(chuàng)建殼單元

myPart.Shell(sketch=mySketch,material='CompositeMaterial',thicknessType=UNIFORM,thickness=0.1,

thicknessField='',nodalThicknessField='',poissonDefinition=DEFAULT,

thicknessModulus=None,temperatureDependency=OFF,dependencies=0,

offset=0.0,offsetType=MIDDLE_SURFACE,offsetField='',

offsetFactor=None,temperature=GRADIENTS,useDensity=OFF,

integrationRule=SIMPSON,numIntPts=5)在創(chuàng)建復(fù)合材料結(jié)構(gòu)模型時，需要指定材料屬性、厚度、單元類型等參數(shù)。殼單元是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析中常用的單元類型，能夠較好地模擬復(fù)合材料板的彎曲和剪切行為。2.3邊界條件與載荷定義邊界條件和載荷是結(jié)構(gòu)分析的關(guān)鍵步驟。在ABAQUS中，可以通過Step和BoundaryCondition命令來實現(xiàn)：#定義分析步

myStep=myModel.StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',initialInc=0.1,maxNumInc=100,

stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.005)

#定義邊界條件

myPart.Set(name='Set-1',vertices=myPart.vertices.findAt(((0.0,0.0,0.0),)))

myStep.DisplacementBC(name='BC-1',createStepName='Step-1',region=myPart.sets['Set-1'],

u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=UNSET,ur2=UNSET,ur3=UNSET,

amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM)

#定義載荷

myPart.Set(name='Set-2',faces=myPart.faces.findAt(((1.0,1.0,0.0),)))

myStep.Pressure(name='Load-1',createStepName='Step-1',region=myPart.sets['Set-2'],

distributionType=UNIFORM,field='',magnitude=100.0,

amplitude=UNSET)邊界條件如固定端和載荷如壓力或力，需要在特定的分析步中定義。上述代碼中，我們定義了一個靜力分析步，并在結(jié)構(gòu)的一端施加了固定邊界條件，在另一端施加了均勻的壓力載荷。2.4結(jié)果后處理ABAQUS提供了豐富的后處理工具，可以分析和可視化仿真結(jié)果。例如，提取應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)：#打開ODB文件

myOdb=session.openOdb(name='CompositePlate.odb')

#獲取最后一步的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)

myStep=myOdb.steps['Step-1']

myFrame=myStep.frames[-1]

myStress=myFrame.fieldOutputs['S']

myStrain=myFrame.fieldOutputs['E']

#打印應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)

forkey,valueinmyStress.items():

print(f'Stressat{key}:{value}')

forkey,valueinmyStrain.items():

print(f'Strainat{key}:{value}')通過上述代碼，我們可以從ODB文件中讀取仿真結(jié)果，并提取特定分析步的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)對于理解復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和損傷機(jī)制至關(guān)重要。3結(jié)論ABAQUS作為一款先進(jìn)的結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件，提供了強大的工具和功能，能夠精確分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。通過定義材料屬性、創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型、施加邊界條件和載荷，以及進(jìn)行后處理分析，可以全面評估復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的性能和可靠性。掌握ABAQUS的復(fù)合材料分析技術(shù)，對于從事復(fù)合材料設(shè)計和研究的工程師和科學(xué)家來說，是必不可少的技能。4ABAQUS復(fù)合材料建模基礎(chǔ)4.1材料屬性定義在ABAQUS中定義復(fù)合材料的屬性，首先需要理解復(fù)合材料的基本構(gòu)成和其力學(xué)行為。復(fù)合材料通常由基體(matrix)和增強纖維(reinforcement)組成，其性能在不同方向上可能有顯著差異，這被稱為各向異性(anisotropy)。定義復(fù)合材料屬性時，主要關(guān)注以下幾個方面：基體和纖維的屬性：包括彈性模量、泊松比、密度等。層合板的鋪層方向：纖維的方向?qū)?fù)合材料的性能有直接影響。損傷和失效模型：復(fù)合材料在受力時的損傷和失效機(jī)制。4.1.1示例：定義各向異性復(fù)合材料#ABAQUSPythonScriptfordefininganisotropiccompositematerialproperties

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#執(zhí)行初始化

executeOnCaeStartup()

#創(chuàng)建材料

myMaterial=mdb.models['Model-1'].Material(name='Composite')

#定義各向異性彈性屬性

myMaterial.Elastic(table=((130.0e3,10.0e3,10.0e3,0.3,0.0,0.0,0.3),),type=ENGINEERING_CONSTANTS)

#定義密度

myMaterial.Density(table=((1.5e-9,),))

#定義損傷和失效模型

myMaterial.DamageInitiation(table=((100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0),),

damageDefinition=MAX_EQUIV_STRESS,

type=JOHNSON_COOK)4.2復(fù)合材料層合板建模復(fù)合材料層合板是由多層不同方向的復(fù)合材料層堆疊而成，每層的材料屬性和方向可能不同。在ABAQUS中，可以通過定義層合板的鋪層順序和方向來模擬這種結(jié)構(gòu)。4.2.1示例：創(chuàng)建復(fù)合材料層合板#ABAQUSPythonScriptforcreatingacompositelaminate

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#執(zhí)行初始化

executeOnCaeStartup()

#創(chuàng)建層合板

myLaminate=mdb.models['Model-1'].CompositeLayup(name='Laminate-1',

description='Acompositelaminate',

elementType=S4R,

symmetric=False)

#添加鋪層

myLaminate.CompositePly(plyName='Ply-1',

material='Composite',

thicknessType=SPECIFY_THICKNESS,

thickness=0.125,

orientationType=SPECIFY_ORIENT,

orientationAngle=0.0,

additionalRotationType=ROTATION_NONE)

#添加第二層，方向為90度

myLaminate.CompositePly(plyName='Ply-2',

material='Composite',

thicknessType=SPECIFY_THICKNESS,

thickness=0.125,

orientationType=SPECIFY_ORIENT,

orientationAngle=90.0,

additionalRotationType=ROTATION_NONE)4.3網(wǎng)格劃分技術(shù)網(wǎng)格劃分是有限元分析中的關(guān)鍵步驟，對于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，正確的網(wǎng)格劃分可以提高分析的準(zhǔn)確性和效率。ABAQUS提供了多種網(wǎng)格劃分技術(shù)，包括自動劃分和手動劃分。4.3.1示例：自動網(wǎng)格劃分#ABAQUSPythonScriptforautomaticmeshing

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#執(zhí)行初始化

executeOnCaeStartup()

#選擇要劃分網(wǎng)格的部件

part=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#設(shè)置網(wǎng)格劃分控制

part.setMeshControls(regions=part.sets['Set-1'],

technique=QUAD,

algorithm=ADVANCING_FRONT,

elemShape=QUAD,

minSize=0.01,

maxSize=0.1)

#生成網(wǎng)格

part.generateMesh()4.3.2手動網(wǎng)格劃分手動網(wǎng)格劃分允許用戶更精細(xì)地控制網(wǎng)格的形狀和大小，對于復(fù)雜幾何或需要高精度分析的區(qū)域特別有用。#ABAQUSPythonScriptformanualmeshing

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#執(zhí)行初始化

executeOnCaeStartup()

#選擇要劃分網(wǎng)格的部件

part=mdb.models['Model-1'].parts['Part-1']

#創(chuàng)建種子

part.seedPart(size=0.05,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

#創(chuàng)建網(wǎng)格

part.generateMesh()在手動網(wǎng)格劃分中，用戶可以指定種子的大小，這將直接影響生成的網(wǎng)格的大小。deviationFactor和minSizeFactor用于控制網(wǎng)格大小的變化范圍，確保在幾何變化較大的區(qū)域也能生成合適的網(wǎng)格。以上示例展示了如何在ABAQUS中定義復(fù)合材料屬性、創(chuàng)建層合板以及進(jìn)行網(wǎng)格劃分。這些步驟是進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，通過調(diào)整材料屬性、鋪層順序和網(wǎng)格劃分參數(shù)，可以精確模擬復(fù)合材料在不同條件下的行為。5ABAQUS復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析流程5.1前處理：模型建立與邊界條件設(shè)置5.1.1模型建立在ABAQUS中進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析，首先需要建立一個準(zhǔn)確的模型。這包括定義幾何形狀、材料屬性、網(wǎng)格劃分等步驟。定義幾何形狀使用：Part模塊創(chuàng)建復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的幾何模型。示例：fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

frompartimport*

#創(chuàng)建一個復(fù)合材料板的模型

myModel=mdb.models['Model-1']

myPart=myModel.ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

myPart.rectangle(point1=(0.0,0.0),point2=(100.0,50.0))

myPart=myModel.Part(name='CompositePlate',dimensionality=TWO_D_PLANAR,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseShell(sketch=myPart)定義材料屬性使用：Material模塊定義復(fù)合材料的屬性。示例：frommaterialimport*

#定義復(fù)合材料

myModel.Material(name='CompositeMaterial')

myModel.materials['CompositeMaterial'].Elastic(type=ISOTROPIC,table=((100000.0,0.3),))

myModel.materials['CompositeMaterial'].Density(table=((1.5e-9,),))網(wǎng)格劃分使用：Mesh模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分。示例：frommeshimport*

#網(wǎng)格劃分

myPart=myModel.parts['CompositePlate']

myPart.seedPart(size=5.0,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

myPart.generateMesh()5.1.2邊界條件設(shè)置使用：BoundaryCondition模塊設(shè)置邊界條件。示例：fromboundaryConditionimport*

#設(shè)置固定邊界條件

myModel.DisplacementBC(name='FixedBC',createStepName='Initial',region=myPart.sets['Set-1'],u1=0.0,u2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=ON,distributionType=UNIFORM)5.2求解設(shè)置：載荷與分析步5.2.1定義載荷使用：Load模塊定義載荷。示例：fromloadimport*

#定義面載荷

myModel.Pressure(name='PressureLoad',createStepName='Step-1',region=myPart.faces['Face-1'],distributionType=UNIFORM,field='',magnitude=100.0)5.2.2創(chuàng)建分析步使用：Step模塊創(chuàng)建分析步。示例：fromstepimport*

#創(chuàng)建線性靜態(tài)分析步

myModel.StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',description='',timePeriod=1.0,nlgeom=OFF)5.3后處理：結(jié)果可視化與解釋5.3.1結(jié)果可視化使用：Visualization模塊查看和分析結(jié)果。示例：fromvisualizationimport*

#打開結(jié)果文件

odb=session.openOdb(name='CompositePlate.odb')

#創(chuàng)建一個結(jié)果圖

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=odb)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(DEFORM_ON,))5.3.2結(jié)果解釋使用：分析應(yīng)力、應(yīng)變、位移等結(jié)果。示例：#獲取最大位移

maxDisplacement=odb.rootAssembly.instances['CompositePlate-1'].nodeSets['Set-1'].nodes[0].displacement

print('最大位移:',maxDisplacement)

#獲取最大應(yīng)力

maxStress=odb.rootAssembly.instances['CompositePlate-1'].elementSets['Set-1'].elements[0].stress

print('最大應(yīng)力:',maxStress)以上示例展示了如何在ABAQUS中進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析的基本步驟，包括模型建立、邊界條件設(shè)置、載荷定義、分析步創(chuàng)建以及結(jié)果的可視化和解釋。通過這些步驟，可以有效地模擬復(fù)合材料在不同載荷下的行為，為設(shè)計和優(yōu)化提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。6復(fù)合材料損傷與失效分析6.1損傷模型理論復(fù)合材料的損傷模型理論主要關(guān)注材料在受到載荷作用時，其內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)如何逐漸破壞，最終導(dǎo)致材料失效的過程。這一理論的核心在于理解復(fù)合材料的損傷機(jī)制，包括纖維斷裂、基體裂紋、界面脫粘等，并通過數(shù)學(xué)模型來描述這些損傷過程。在ABAQUS中，復(fù)合材料損傷模型通?；谶B續(xù)損傷力學(xué)（CDM）理論，該理論將損傷視為材料屬性的退化，通過定義損傷變量來表征材料的損傷狀態(tài)。6.1.1理論基礎(chǔ)連續(xù)損傷力學(xué)理論假設(shè)損傷是一個連續(xù)的過程，而不是離散的事件。損傷變量D通常定義為0到1之間的值，其中0表示材料未損傷，1表示材料完全失效。ABAQUS中的損傷模型可以是各向同性的，也可以是各向異性的，以適應(yīng)復(fù)合材料的特性。6.1.2損傷演化方程損傷演化方程是描述損傷變量隨載荷變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式。一個簡單的損傷演化方程可以是：#假設(shè)的損傷演化方程

defdamage_evolution(stress,strain,D):

"""

計算損傷變量D的演化。

參數(shù):

stress:應(yīng)力張量

strain:應(yīng)變張量

D:當(dāng)前損傷變量

返回:

D_new:更新后的損傷變量

"""

#以最大剪應(yīng)力為例

max_shear_stress=max(abs(stress[1,2]),abs(stress[2,1]),abs(stress[0,1]),abs(stress[1,0]),abs(stress[0,2]),abs(stress[2,0]))

#設(shè)定損傷閾值

damage_threshold=100.0

#損傷變量更新

ifmax_shear_stress>damage_threshold:

D_new=D+(max_shear_stress-damage_threshold)/damage_threshold

else:

D_new=D

returnmin(D_new,1.0)6.2ABAQUS中的損傷分析方法在ABAQUS中進(jìn)行復(fù)合材料的損傷分析，主要通過定義材料屬性、損傷準(zhǔn)則和損傷演化規(guī)則來實現(xiàn)。ABAQUS提供了多種內(nèi)置的損傷模型，如Hashin準(zhǔn)則、Tsai-Wu準(zhǔn)則等，同時也支持用戶自定義損傷模型。6.2.1定義損傷準(zhǔn)則ABAQUS中的損傷準(zhǔn)則通?；诓牧系膽?yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)。例如，Hashin準(zhǔn)則是一種常用的復(fù)合材料損傷準(zhǔn)則，它分別定義了纖維和基體的損傷條件。#ABAQUS中定義Hashin損傷準(zhǔn)則的示例

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromodbAccessimport*

fromvisualizationimport*

#創(chuàng)建材料屬性

material=session.Material(name='Composite')

material.CompositeDamageInitiation(table=((100.0,100.0,100.0,100.0,100.0,100.0),),

type=HASHIN,

definition=STRESS,

tension=ON,

compression=ON)

#定義損傷演化規(guī)則

material.CompositeDamageEvolution(type=ENERGY,

definition=STRAIN,

damageThreshold=100.0,

damageStabilizationMethod=NONE)6.2.2進(jìn)行損傷分析在ABAQUS中，一旦定義了損傷準(zhǔn)則和演化規(guī)則，就可以在模型中應(yīng)用這些材料屬性，并通過求解器進(jìn)行損傷分析。#在ABAQUS中應(yīng)用損傷分析的示例

#創(chuàng)建模型

model=mdb.models['Model-1']

#定義截面

section=model.Materials['Composite'].CompositeSolidSection(name='CompositeSection',

layup=())

#應(yīng)用截面到模型的實體

part=model.parts['Part-1']

part.SectionAssignment(region=part.cells[:],sectionName='CompositeSection')

#定義載荷和邊界條件

#...

#創(chuàng)建分析步

model.StaticStep(name='DamageAnalysis',previous='Initial',

maxNumInc=1000,

initialInc=0.1,

nlgeom=ON)

#提交分析

mdb.Job(name='Job-DamageAnalysis',model='Model-1',

description='',type=ANALYSIS,

atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,

queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,

getMemoryFromAnalysis=True,

explicitPrecision=SINGLE,

nodalOutputPrecision=SINGLE).submit()6.3失效準(zhǔn)則與應(yīng)用失效準(zhǔn)則用于判斷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是否達(dá)到失效狀態(tài)。在ABAQUS中，可以通過定義損傷變量的閾值來實現(xiàn)這一功能。當(dāng)損傷變量D達(dá)到或超過1時，材料被認(rèn)為已經(jīng)失效。6.3.1應(yīng)用失效準(zhǔn)則在ABAQUS中，可以通過監(jiān)測損傷變量D的變化來判斷材料是否失效。這通常在后處理階段進(jìn)行，通過分析損傷變量的分布和演化，來評估復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)和安全性。#在ABAQUS中應(yīng)用失效準(zhǔn)則的示例

#打開ODB文件

odb=session.openOdb(name='Job-DamageAnalysis.odb')

#獲取損傷變量D的分布

damageField=odb.steps['DamageAnalysis'].frames[-1].fieldOutputs['DAMAGE']

#分析損傷變量D的分布

forelemindamageField.elementValues:

ifelem.data[0]>=1.0:

print("Element%shasfailed."%elem.elementLabel)通過上述步驟，可以詳細(xì)地分析復(fù)合材料在不同載荷條件下的損傷和失效行為，為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。7ABAQUS高級分析技術(shù)7.1非線性分析7.1.1原理非線性分析在ABAQUS中用于解決材料、幾何或邊界條件非線性問題。材料非線性包括塑性、蠕變、超彈性等；幾何非線性涉及大變形、大應(yīng)變；邊界條件非線性則涵蓋接觸、摩擦等現(xiàn)象。ABAQUS通過迭代求解器處理這些非線性，逐步逼近真實解。7.1.2內(nèi)容材料非線性：定義材料的非線性行為，如塑性模型、蠕變模型。幾何非線性：考慮結(jié)構(gòu)的大變形和大應(yīng)變效應(yīng)。接觸非線性：模擬不同部件間的接觸和摩擦。7.1.3示例#ABAQUS非線性分析示例：塑性材料的拉伸測試

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#創(chuàng)建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

myModel=mdb.models['Model-1']

#定義材料

myMaterial=myModel.Material('Steel')

myMaterial.Elastic(table=((200000,0.3),))

myMaterial.Plastic(table=((250,0.002),(300,0.005)))

#創(chuàng)建零件

myPart=myModel.Part(name='TensileSpecimen',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=mySketch,depth=100)

#定義邊界條件

myModel.DisplacementBC(name='FixBase',createStepName='Initial',region=myPart.sets['Base'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

myModel.DisplacementBC(name='ApplyLoad',createStepName='Step-1',region=myPart.sets['Top'],u1=0.0,u2=0.0,u3=10,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#分析設(shè)置

myModel.StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',initialInc=0.1,maxNumInc=1000,stabilizationMethod=DAMPING_FACTOR,stabilizationMagnitude=0.05,continueDampingFactors=False,adaptiveDampingRatio=0.05,maxNumIterations=100,solutionTechnique=FULL_NEWTON,reformKernel=2,convertSDI=OFF,utol=0.005)

#提交分析

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)此示例展示了如何在ABAQUS中設(shè)置塑性材料的拉伸測試，包括材料定義、零件創(chuàng)建、邊界條件和分析步驟的設(shè)置。7.2多物理場耦合分析7.2.1原理多物理場耦合分析在ABAQUS中用于模擬結(jié)構(gòu)在多種物理效應(yīng)（如熱、電、磁）共同作用下的行為。通過耦合不同物理場的方程，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。7.2.2內(nèi)容熱-結(jié)構(gòu)耦合：模擬溫度變化對結(jié)構(gòu)變形的影響。電-結(jié)構(gòu)耦合：考慮電場對結(jié)構(gòu)性能的影響。磁-結(jié)構(gòu)耦合：分析磁場作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。7.2.3示例#ABAQUS多物理場耦合分析示例：熱-結(jié)構(gòu)耦合

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#創(chuàng)建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

myModel=mdb.models['Model-1']

#定義材料

myMaterial=myModel.Material('Aluminum')

myMaterial.Elastic(table=((70000,0.33),))

myMaterial.Expansion(table=((23.1e-6,),))

#創(chuàng)建零件

myPart=myModel.Part(name='HeatSink',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=mySketch,depth=10)

#定義溫度場

myModel.FieldOutputRequest('F-Output-1',createStepName='Step-1',variables=('U','RF','T'))

#定義熱邊界條件

myModel.HeatFluxBC(name='ApplyHeat',createStepName='Step-1',region=myPart.faces[0],q=100)

#定義結(jié)構(gòu)邊界條件

myModel.DisplacementBC(name='FixBase',createStepName='Initial',region=myPart.sets['Base'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

#分析設(shè)置

myModel.CoupledTempDisplacementStep(name='Step-1',previous='Initial',initialInc=0.1,maxNumInc=1000,deltmx=100,cetol=0.0001,timePeriod=10,nlgeom=ON)

#提交分析

['Job-1'].submit(consistencyChecking=OFF)此示例展示了如何在ABAQUS中設(shè)置熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，包括材料熱膨脹系數(shù)的定義、溫度場和結(jié)構(gòu)邊界條件的設(shè)置，以及耦合分析步驟的配置。7.3復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化7.3.1原理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化在ABAQUS中用于尋找復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計，以滿足特定的性能目標(biāo)，如最小化重量或成本，同時確保結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。優(yōu)化過程通常涉及改變材料的鋪層順序、厚度或纖維方向。7.3.2內(nèi)容鋪層順序優(yōu)化：確定復(fù)合材料層的最佳順序。厚度優(yōu)化：調(diào)整各層的厚度以達(dá)到最優(yōu)性能。纖維方向優(yōu)化：優(yōu)化纖維方向以增強結(jié)構(gòu)性能。7.3.3示例#ABAQUS復(fù)合材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化示例：鋪層順序優(yōu)化

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

fromoptimizationimport*

#創(chuàng)建模型

executeOnCaeStartup()

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=None)

myModel=mdb.models['Model-1']

#定義復(fù)合材料

myMaterial=myModel.Material('Composite')

myMaterial.Elastic(type=ENGINEERING_CONSTANTS,table=((130000,65000,65000,0.25,0.25,0.25,4.1e6,4.1e6,4.1e6),))

#創(chuàng)建零件

myPart=myModel.Part(name='CompositePanel',dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=mySketch,depth=10)

#定義復(fù)合材料層

myModel.CompositeLayup(name='Layup',description='',elementType=S4R,symmetric=False)

myModel.LayupPly(name='Ply1',material='Composite',thicknessType=SPECIFY_THICKNESS,thickness=1,orientationType=SPECIFY_ORIENT,orientationValue=0.0,additionalRotationType=ROTATION_NONE,additionalRotationField='',axiSymmRotationType=ROTATION_NONE,axiSymmRotationValue=0.0,axiSymmRotationField='',amplitude=UNSET,region=myPart.faces[0])

#定義優(yōu)化目標(biāo)和約束

myOptimization=myModel.OptimizationTask(name='CompositeOptimization',objective=MINIMIZE,response=Response('Weight',type=MASS,definition=Region(region=myPart.faces[0])))

myOptimization.DisplacementConstraint(name='MaxDisplacement',region=myPart.sets['Top'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0)

myOptimization.ThicknessConstraint(name='MinThickness',region=myPart.faces[0],thickness=0.5)

#執(zhí)行優(yōu)化

myOptimization.execute()此示例展示了如何在ABAQUS中設(shè)置復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，包括復(fù)合材料的定義、復(fù)合材料層的設(shè)置，以及優(yōu)化目標(biāo)和約束的定義。通過調(diào)整鋪層順序、厚度和纖維方向，可以優(yōu)化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的性能。8復(fù)合材料梁的彎曲分析8.1原理復(fù)合材料梁的彎曲分析是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的一個重要課題，主要研究復(fù)合材料梁在受到橫向載荷作用時的變形、應(yīng)力分布以及穩(wěn)定性。復(fù)合材料因其高比強度、高比剛度和可設(shè)計性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、建筑等領(lǐng)域。在ABAQUS中，進(jìn)行復(fù)合材料梁的彎曲分析通常涉及以下幾個步驟：材料定義：定義復(fù)合材料的層合屬性，包括各層的材料屬性（如彈性模量、泊松比）和厚度。幾何建模：創(chuàng)建復(fù)合材料梁的幾何模型，包括梁的長度、寬度和高度。網(wǎng)格劃分：對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，選擇合適的單元類型，如S4R（四邊形殼單元）或C3D8R（八節(jié)點實體單元）。邊界條件與載荷：施加邊界條件（如固定端、自由端）和載荷（如橫向力、彎矩）。求解設(shè)置：選擇求解器類型，設(shè)置求解參數(shù)，如分析步、時間步長等。結(jié)果分析：分析輸出結(jié)果，包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變等，以評估梁的性能。8.2內(nèi)容8.2.1材料定義假設(shè)我們有一根由兩層不同復(fù)合材料組成的梁，每層材料的屬性如下：層1：彈性模量E1=130GPa，泊松比ν1=0.3，厚度t1=0.5mm層2：彈性模量E2=150GPa，泊松比ν2=0.35，厚度t2=0.7mm在ABAQUS中，可以通過*COMPOSITE和*LAYER命令來定義復(fù)合材料的層合屬性。8.2.2幾何建模創(chuàng)建一個長度為1000mm，寬度為100mm，高度為12mm（層1和層2的總厚度）的梁模型。8.2.3網(wǎng)格劃分使用S4R單元對梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確保單元尺寸足夠小以準(zhǔn)確捕捉梁的彎曲行為。8.2.4邊界條件與載荷假設(shè)梁的一端固定，另一端自由，且在自由端施加一個垂直向下的力F=1000N。8.2.5求解設(shè)置選擇線性靜態(tài)分析，設(shè)置分析步和時間步長。8.2.6結(jié)果分析分析梁的位移、應(yīng)力和應(yīng)變，特別關(guān)注層間應(yīng)力和梁的撓度。8.3示例#ABAQUSPythonScriptforCompositeBeamBendingAnalysis

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createanewmodel

executeOnCaeStartup()

modelName='CompositeBeam'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Definecompositematerialproperties

materialName1='Layer1'

materialName2='Layer2'

E1=130e9#Young'smodulusforLayer1inPa

nu1=0.3#Poisson'sratioforLayer1

t1=0.5e-3#ThicknessofLayer1inmeters

E2=150e9#Young'smodulusforLayer2inPa

nu2=0.35#Poisson'sratioforLayer2

t2=0.7e-3#ThicknessofLayer2inmeters

#Creatematerialobjects

myModel.Material(name=materialName1)

myModel.Material(name=materialName2)

#Assignpropertiestomaterials

myModel.materials[materialName1].Elastic(table=((E1,nu1),))

myModel.materials[materialName2].Elastic(table=((E2,nu2),))

#Createacompositelayup

myModel.HomogeneousSolidSection(name='CompositeSection',material=materialName1,thickness=t1)

myModel.HomogeneousSolidSection(name='CompositeSection',material=materialName2,thickness=t2)

#Createapartforthecompositebeam

partName='CompositeBeamPart'

myPart=myModel.Part(name=partName,dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0),depth=12e-3)

myPart.SolidExtrude(sketch=ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=200.0),depth=0.7e-3)

#Createasectionforthecompositebeam

myPart.SectionAssignment(region=myPart.cells[:],sectionName='CompositeSection')

#Meshthepart

myPart.seedPart(size=10e-3,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

myPart.generateMesh()

#Defineboundaryconditionsandloads

myModel.DisplacementBC(name='FixedEnd',createStepName='Initial',region=myPart.sets['Set-1'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

myModel.ConcentratedForce(name='Load',createStepName='Step-1',region=myPart.sets['Set-2'],cf1=1000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#Defineanalysisstep

myModel.StaticStep(name='Step-1',previous='Initial',description='',nlgeom=OFF,stabilizationMethod=None,stabilizationMagnitude=None,continueDampingFactors=None,adaptiveDampingRatio=None,initialInc=None,maxNumInc=None,minInc=None,timePeriod=1.0,timeIncrementationMethod=AUTOMATIC,maxNumIterations=None,initialConditions=OFF,reformKernel=None,convertSDI=None,utol=None,amplitude=UNSET,extrapolation=LINEAR,maintainAttributes=OFF)

#Submitthejob

mdb.Job(name='CompositeBeamJob',model=modelName,description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',scratch='',resultsFormat=ODB,multiprocessingMode=DEFAULT,numCpus=1,numGPUs=0)

['CompositeBeamJob'].submit(consistencyChecking=OFF)

['CompositeBeamJob'].waitForCompletion()

#Post-processing

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=myModel)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(DEFORMED,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step='Step-1',frame=1)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setPrimaryVariable(variableLabel='S',outputPosition=INTEGRATION_POINT,refinement=(COMPONENT,'S11'))8.3.1描述上述Python腳本展示了如何在ABAQUS中創(chuàng)建一個復(fù)合材料梁的模型，定義材料屬性，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，施加邊界條件和載荷，設(shè)置分析步，并提交作業(yè)進(jìn)行求解。最后，腳本還展示了如何進(jìn)行后處理，查看梁的變形和應(yīng)力分布。9復(fù)合材料板的沖擊響應(yīng)9.1原理復(fù)合材料板的沖擊響應(yīng)分析主要關(guān)注在高速沖擊載荷作用下，復(fù)合材料板的動態(tài)響應(yīng)，包括沖擊力的分布、板的變形、能量吸收以及損傷機(jī)制。ABAQUS提供了強大的顯式動力學(xué)分析功能，能夠模擬高速沖擊過程。9.2內(nèi)容9.2.1材料定義定義復(fù)合材料板的層合屬性，包括各層的材料屬性和厚度。9.2.2幾何建模創(chuàng)建一個尺寸為1000mmx1000mmx10mm的復(fù)合材料板模型。9.2.3網(wǎng)格劃分使用C3D8R單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，確保單元尺寸足夠小以捕捉?jīng)_擊過程中的細(xì)節(jié)。9.2.4邊界條件與載荷假設(shè)板的四周固定，且在板的中心施加一個高速沖擊載荷。9.2.5求解設(shè)置選擇顯式動力學(xué)分析，設(shè)置時間步長和分析步。9.2.6結(jié)果分析分析板的位移、應(yīng)力、應(yīng)變以及能量吸收情況。9.3示例#ABAQUSPythonScriptforCompositePlateImpactAnalysis

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createanewmodel

executeOnCaeStartup()

modelName='CompositePlate'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Definecompositematerialproperties

materialName1='Layer1'

materialName2='Layer2'

E1=130e9#Young'smodulusforLayer1inPa

nu1=0.3#Poisson'sratioforLayer1

t1=5e-3#ThicknessofLayer1inmeters

E2=150e9#Young'smodulusforLayer2inPa

nu2=0.35#Poisson'sratioforLayer2

t2=5e-3#ThicknessofLayer2inmeters

#Creatematerialobjects

myModel.Material(name=materialName1)

myModel.Material(name=materialName2)

#Assignpropertiestomaterials

myModel.materials[materialName1].Elastic(table=((E1,nu1),))

myModel.materials[materialName2].Elastic(table=((E2,nu2),))

#Createacompositelayup

myModel.HomogeneousSolidSection(name='CompositeSection',material=materialName1,thickness=t1)

myModel.HomogeneousSolidSection(name='CompositeSection',material=materialName2,thickness=t2)

#Createapartforthecompositeplate

partName='CompositePlatePart'

myPart=myModel.Part(name=partName,dimensionality=THREE_D,type=DEFORMABLE_BODY)

myPart.BaseSolidExtrude(sketch=ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=1000.0),depth=10e-3)

myPart.SolidExtrude(sketch=ConstrainedSketch(name='__profile__',sheetSize=1000.0),depth=5e-3)

#Createasectionforthecompositeplate

myPart.SectionAssignment(region=myPart.cells[:],sectionName='CompositeSection')

#Meshthepart

myPart.seedPart(size=10e-3,deviationFactor=0.1,minSizeFactor=0.1)

myPart.generateMesh()

#Defineboundaryconditionsandloads

myModel.DisplacementBC(name='FixedEdges',createStepName='Initial',region=myPart.sets['Set-1'],u1=0.0,u2=0.0,u3=0.0,ur1=0.0,ur2=0.0,ur3=0.0,amplitude=UNSET,fixed=OFF,distributionType=UNIFORM,fieldName='',localCsys=None)

myModel.ConcentratedForce(name='ImpactLoad',createStepName='Step-1',region=myPart.sets['Set-2'],cf3=10000.0,amplitude=UNSET,distributionType=UNIFORM,field='',localCsys=None)

#Defineanalysisstep

myModel.ExplicitDynamicsStep(name='Step-1',previous='Initial',description='',timePeriod=1e-3,nlgeom=ON,stabilizationMethod=None,stabilizationMagnitude=None,continueDampingFactors=None,adaptiveDampingRatio=None,initialInc=None,maxNumInc=None,minInc=None,amplitude=UNSET,extrapolation=LINEAR,maintainAttributes=OFF)

#Submitthejob

mdb.Job(name='CompositePlateJob',model=modelName,description='',type=ANALYSIS,atTime=None,waitMinutes=0,waitHours=0,queue=None,memory=90,memoryUnits=PERCENTAGE,getMemoryFromAnalysis=True,explicitPrecision=SINGLE,nodalOutputPrecision=SINGLE,echoPrint=OFF,modelPrint=OFF,contactPrint=OFF,historyPrint=OFF,userSubroutine='',scratch='',resultsFormat=ODB,multiprocessingMode=DEFAULT,numCpus=1,numGPUs=0)

['CompositePlateJob'].submit(consistencyChecking=OFF)

['CompositePlateJob'].waitForCompletion()

#Post-processing

session.viewports['Viewport:1'].setValues(displayedObject=myModel)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.display.setValues(plotState=(DEFORMED,))

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setFrame(step='Step-1',frame=1)

session.viewports['Viewport:1'].odbDisplay.setPrimaryVariable(variableLabel='S',outputPosition=INTEGRATION_POINT,refinement=(COMPONENT,'S11'))9.3.1描述此Python腳本展示了如何在ABAQUS中進(jìn)行復(fù)合材料板的沖擊響應(yīng)分析。腳本首先定義了復(fù)合材料的屬性，創(chuàng)建了板的幾何模型，并進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。接著，腳本施加了邊界條件和沖擊載荷，設(shè)置了顯式動力學(xué)分析步，并提交了作業(yè)。最后，腳本展示了如何進(jìn)行后處理，查看板的變形和應(yīng)力分布。10復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的疲勞壽命預(yù)測10.1原理復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的疲勞壽命預(yù)測是評估復(fù)合材料在重復(fù)載荷作用下長期性能的關(guān)鍵。ABAQUS提供了多種疲勞分析工具，包括基于最大應(yīng)力、最大應(yīng)變或損傷累積理論的方法。10.2內(nèi)容10.2.1材料定義定義復(fù)合材料的疲勞屬性，包括S-N曲線、損傷模型等。10.2.2幾何建模創(chuàng)建復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的幾何模型。10.2.3網(wǎng)格劃分使用適合疲勞分析的單元類型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。10.2.4邊界條件與載荷施加重復(fù)載荷，模擬實際工作條件。10.2.5求解設(shè)置選擇疲勞分析類型，設(shè)置分析步和時間步長。10.2.6結(jié)果分析分析結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，評估損傷累積情況。10.3示例#ABAQUSPythonScriptforCompositeStructureFatigueLifePrediction

fromabaqusimport*

fromabaqusConstantsimport*

fromcaeModulesimport*

fromdriverUtilsimportexecuteOnCaeStartup

#Createanewmodel

executeOnCaeStartup()

modelName='CompositeStructure'

myModel=mdb.Model(name=modelName)

#Definecompositematerialpropertiesandfatigueproperties

materialName='Composite'

E=140e9#Young'smodulusinPa

nu=0.3#Poisson'sratio

t=10e-3#Thicknessinmeters

myModel.Material(name=materialName)

myModel.materials[materialName].Elastic(table=((E,nu),))

#DefineS-Ncurveforfatigueanalysis

myModel.materials[m