基于VUMAT复合材料夹层结构冲击仿真
1 低速冲击问题
夹层结构具备良好的吸能特性,其冲击特性一直是被重点关注的方向。
本期主要对复合材料夹层结构低速冲击的仿真进行介绍。
我本人做静力问题相对多些,冲击问题以前做过一个仿真效果,没有深入研究。这几天和学流体的师兄交流的时候,他说他同学有一个搞高速冲击的,用流体的方法搞。
好奇心来了,流体的方法怎么搞?
师兄曰,高速情况下,子弹穿过一些物体,不就像子弹游在水里一样嘛。
虽然说得很玄妙,但是好像很有道理。实际上流体和固体很多现象很接近。就比如带孔板的拉伸和圆柱扰流,云图真是傻傻难分。并且还真有学者找到两者的本构共通性,用圆柱绕流来研究带孔板。
一下子扯远了,继续低速冲击。
2 模型
考虑如下模型,边界条件为底部固支,上面板四个角点固支。面板失效基于Hashin准则判断,芯层失效基于MISESS准则判断。
看似简单的问题往往暗含杀“鸡”。
1) 冲头设置为刚体,其密度的取值,不能直接赋予钢的属性。因为实际的冲头结构为柱状。建模中,处于简化考虑,取头部半球进行建模,为此需要根据实际冲头质量,换算出仿真用冲头的密度。
2) 面板和夹层之间可以绑定,如果夹层是蜂窝这类非均匀结构,用接触属性会比较合适,但是接触的定义要考虑好,否则很容易穿透,或者大滑移。
3) 同样的,冲头和面板的接触也要注意,网格的疏密和接触属性都可能造成穿透。
4) 为了防止网格过度扭曲,要对网格扭曲进行控制,也可以缩放其质量,或者对过度扭曲的单元,直接赋予高模量。
5) 载荷为速度载荷,如果已知冲击能量,就根据冲头质量进行速度换算,这是高中知识了。
3 VUMAT
1) 我们此次使用VUMAT最重要的目的是,实现失效区域的识别。
2) 本次VUMAT关键输出,是应力的更新和损伤变量的更新。
3) 本次VUMAT的结构如下:
材料参数定义;
HASHIN准则计算;
用HASHIN准则进行失效判断;
对失效区域的刚度进行折减;
刚度矩阵定义;
应变定义;
根据刚度矩阵和应变进行应力更新;
4 结果
应力云图效果如下:
载荷-时间曲线如下,横坐标单位是ms。
面板和芯层的失效各自如下:
需要指出的是,这个模型相对简单,芯层结构比较均匀。如果蜂窝夹层,载荷-时间曲线的噪点可能比较多:
这个时候可以对数据进行二次处理,进行滤波:
至此,本次分享结束。
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