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基于python三维复合材料层压板参数化建模6-28

第一篇：基于python三维复合材料层压板参数化建模6-28基于Abaqus/Python的三维复合材料层压板有限元建模参数化开发伊鹏跃，于哲峰，汪海（上海交通大学航空航天学院，上海200240）摘要：讨论了Abaqus对象模型及网格对象的调用方法。利用Python脚本，开发了可应用连续壳或实体单元的三维复合材料层压板参数化建模程序。通过了人机交互，可选择层间是否使用界面单元，材料是否预制损伤。实例表明，该程序既可完成单个层压板及损伤的参数化三维建模，也可应用于装配形成的多板连接结构的建模，适用范围广泛。关键词：Abaqus/Python；三维；复合材料；层压板；参数化建模中图分类号：TP319;TB332Parametricthree-dimensionalmodelingofcompositelaminatesbasedonAbaqus/PythonYiPengyue,YuZhefeng,WangHai(SchoolofAeronauticsandAstronautics,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240)Abstract:Abaqusobjectmodelandinvokingmethodofmeshobjectwerediscussed.Aparametricmodelingprogramforthreedimensionalcompositelaminatewasdevelopedinwhichcontinuumshellorsolidelementisused.Human-computerinteractionwasrealizedbywhichlaminatewithinterfaceanddamageornotcanbeselected.Examplesshowthattheprogramisabletobeusednotonlyinthemodelingofonelaminateanddamagebutalsointhestructuresconsistingofmultipleplatesbyassembling.Theapplicationregionoftheprogramiswide.Keywords:Abaqus/Python;threedimension;composite;laminate;parametricmodeling引言由于复合材料高比强度、比刚度及较强可设计性等特点在航空航天以及民用结构中的用量越来越大[1]。层压板式纤维增强复合材料在结构中应用广泛，其力学性能成为研究重点[2]。由于材料各向异性，层间性能差，损伤机理复杂，凡考虑层压板厚度、厚度方向应力分布或层间作用时，基本都需要使用三维模型。Abaqus具有丰富的材料本构和单元类型，并具备强大的二次开发能力，是复合材料结构分析的有力工具。[3]基于Abaqus有限元分析软件，贾建东等通过不含界面层的三维复合材料层压板模型利用Umat编写材料本构，研究了层压板的冲击后剩余压缩强度；B.G.Falzon等[4]等基于三维[5]实体模型研究了层压板的层内渐进损伤并进行了算例验证；顾亦磊等利用三维层压板模型[6]使用Usdfld程序研究了层压板螺栓连接失效；VolneiTita等利用三维模型对层压板静压痕试验进行了有限元仿真研究；张丽等[7]建立了含界面层的层压板三维有限元模型，利用Vumat子程序进行了复合材料层压板低速冲击作用下损伤分析；滕锦等[8]通过含粘性层的三维层压板模型研究了增韧复合材料的冲击损伤过程，朱炜垚等[9]仅在铺层角度不同的层间应用界面[10-11]层简化三维模型，研究了层压板低速冲击下分层损伤；Craven等建立了含多处分层损伤与纤维损伤的层压板三维有限元模型，研究了带损伤层压板的拉伸、屈曲及后屈曲力学性能；王跃全等[12]利用层压板修补的三维有限元模型，进行了胶接贴补修理渐进损伤分析；张彦等[13]基于三维复合材料层压板模型对双悬臂梁试验进行仿真，验证了分层的临界能量释放率。通过Abaqus的前处理模块进行三维层压板有限元建模是一个相当重复繁琐且耗时耗力的工作。如果开发参数化建模程序则可大大提高建模效率，促进层压板材料的性能分析和研究。本文采用Python脚本语言，基于孤立网格及单元节点信息，通过查找相应单元进行网格偏置，建立三维有限元网格，并赋予单元类型、材料属性与铺层角度等。开发完成了可包含界面层及可预制损伤的复合材料层压板三维参数化建模程序，应用了人机交互界面，对Abaqus对象模型、主要模块程序流程及实现方法进行介绍，并通过层压板三维建模例子演示程序的功能。层压板建模与python脚本三维复合材料层压