CFRP加固工字钢梁ABAQUS建模与分析

点击打开ABAQUS优质教程

选题背景及意义

CFRP材料作为一种轻质高强的新型复合材料在加固领域得到广泛应用，CFRP对于混凝土结构及钢结构均有广泛的应用前景，本文以CFRP加固H型钢梁为例介绍CFRP复合材料建模方法。

一、部件创建

1.1.1点击（创建部件）按钮，【Modeling Space】模型空间选择【3D】,【Type】类型选择【Deformable】可变形的，【Shape】选择【Solid】，【Type】选择【Extrusion】，大致尺寸【Approximate size】输入2000.

1.1.2.点击画线命令创建线，输入如下坐标

1.1.3.点击鼠标中键，输入拉伸深度2000，得到工字钢模型。

1.2.1点击（创建部件）按钮，【Modeling Space】模型空间选择【3D】,【Type】类型选择【Deformable】可变形的，【Shape】选择【Shell】，【Type】选择【Planar】，大致尺寸【Approximate size】输入2000.

1.2.2创建矩形，输入如下坐标（0，0），（72，1000）。点击鼠标中键，得到CFRP模型。

1.3（创建部件）按钮，名称输入【diankuai】

【Modeling Space】模型空间选择【3D】,【Type】类型选择【Deformable】可变形的，【Shape】选择【Solid】，【Type】选择【Extrusion】，大致尺寸【Approximate size】输入2000.

创建矩形，输入如下坐标（0，0），（72，54）点击鼠标中键，点击鼠标中键，拉伸深度为30.

2.材料定义与指派

2选择材料属性模块，定义材料属性

2.1.1点击

创建材料，输入材料名称Q235.点击【Mechanical】，再点击【Elasticity】→【Elastic】，定义弹性模量输入2e5，泊松比输入0.2。

2.1.2点击【Mechanical】，再点击【Plasticity】→【Plastic】，定义材料塑性参数。（注：不考虑材料塑性变形可不设置该属性），【Hardening】选择【Combined】，在表中输入Q235钢材真实应力-应变关系。

2.2 点击创建截面，输入截面名称stell，【Category】类别选择【Solid】实体，【Type】类型选择【Homogeneous】均质的。点击继续，材料选择Q235，点击OK。

2.3 点击指派界截面，选择工字钢，点击完成，在弹出的对话框中选择定义好的截面【stell】，指派完成后模型变成淡绿色说明指派成功。

3.1.1 点击创建材料，输入材料名称CFRP.点击【Mechanical】，再点击【Elasticity】→【Elastic】，【Type】选择【Lamina 】，输入数据。

3.1.2点击【Mechanical】，再点击【Damage for Fiber-Reinforced Composites】→【Hashin Damage】，定义材料断裂性能参数。

在【Hashin Damage】参数中依次输入数据

在【Suboptions】中输入【Damage Evolution】和【Damage Stabilization】参数

3.2 点击

创建截面，输入截面名称CFRP，【Initial ply count】输入【4】壳，【Element Type】类型选择【Conventional shell】。点击继续。

双击Region，选中CFRP模型，

双击Material，选择CFRP材料

双击Thickness，输入CFRP厚度0.000166

其他参数按照下表输入

3.部件装配

3.1选择装配模块

导入工字钢部件，选中工字钢，点击OK点击【Tools】选择【Datum】→【Plane】→【Offset from plane】

点击选择工字钢截面，选中Enter value，方向向内，输入值为500，同样的方式定义第二个基准面。

同样的方式导入CFRP部件及垫块，选中CFRP角点，再选择工字钢角点，将CFRP移动到工字钢中部

同样的方法将垫块装配进来

4.分析步设置

4.1选择【Step】模块，创建分析步，选择【Static General】

【Time period】填10，几何非线性打开，增量步参数设置如下。

5.相互作用设置

点击创建约束，输入约束名称，选择约束类型为【Tie】，

点击继续，选择【Surface】，点击选中工字钢下表面，点击继续，同样的方法选中CFRP表面，点击继续

6.网格划分

为部件布种，首先输入种子密度，确定后点击网格划分

7.创建作业与提交

选择作业模块，点击创建作业，输入作业名，点击继续，勾线多核并行计算。

打开作业管理器，点击【Submit】提交作业，开始计算

8.结果后处理

第一幅图为不粘贴CFRP的结构应力云图

第二幅图为粘贴CFRP的结构应力云图

由计算结果可以看出，CFRP加固后的H型钢承载力显著提高，且有效减小了H型钢的平面外变形。